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JP4898000B2 - Absorbing member comprising a large surface area material for absorbing bodily fluids - Google Patents

Absorbing member comprising a large surface area material for absorbing bodily fluids Download PDF

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JP4898000B2 JP2000536423A JP2000536423A JP4898000B2 JP 4898000 B2 JP4898000 B2 JP 4898000B2 JP 2000536423 A JP2000536423 A JP 2000536423A JP 2000536423 A JP2000536423 A JP 2000536423A JP 4898000 B2 JP4898000 B2 JP 4898000B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本出願は体液、例えば尿および月経のための吸収部材に関する。本出願は特に高い毛管吸引性を有する吸収部材(この部材は浸透吸収剤たとえばハイドロゲル形成吸収性ポリマーを含む)に関する。
【0002】
【従来の技術】
使い捨ておむつ、成人失禁パッドおよびブリーフ、月経用製品たとえば衛生ナプキンに用いられる高度に吸収性のある部材の開発は、重要な商業的な興味のある主題である。これらの製品にとって非常に望ましい特性は薄さである。たとえば、より薄いおむつは着用するのにかさばらず、下着によくフィットし、より目立たない。また、それらは包装中でよりコンパクトであり、おむつを消費者が運搬し、保管するのを容易にする。また、包装したときのコンパクトなことは、製造業者および流通業者に、店舗で要求されるおむつ単位当りの少ない棚面積を含み、流通コストの低減をもたらす。
【0003】
より薄い吸収製品たとえばおむつを提供する能力は、多量の排出体液、特に尿を捕捉し貯蔵し得る、相対的に薄い吸収性コアまたは吸収構造を開発する能力を条件としている。この点について、「ヒドロゲル」、「超吸収剤」または「ヒドロコロイド」材料としばしば呼ばれるある種の吸収性ポリマーの使用は特に重要になってきている。たとえば、吸収製品におけるこのような吸収性ポリマー(以下「ヒドロゲル形成吸収性ポリマー」という)の使用を開示している、1972年6月13日に発行された米国特許第3,699,103号(ハーパー(Harper)ら)および1972年6月20日に発行された米国特許第3,770,731号(ハーモン(Harmon))を参照されたい。実際、より薄いおむつの開発は、典型的には繊維質マトリックスと組み合わせて用いた場合に、多量の排出体液を吸収するこれらのヒドロゲル形成吸収性ポリマーの能力を利用する、より薄い吸収性コアの直接的な結果である。たとえば、薄く、コンパクトで、かさばらないおむつを作る上で有用な繊維質マトリックスとヒドロゲル形成吸収性ポリマーを含む二重層コア構造を開示している、1987年6月16日に発行された米国特許第4,673,402号(ワイズマン(Weisman)ら)および1990年6月19日に発行された米国特許第4,935,022号(ラッシュ(Lash)ら)を参照されたい。また、1996年10月8日に発行された米国特許第5,562,646号(ゴールドマン(Goldman)ら)および1997年2月4日に発行された米国特許第5,599,335号(ゴールドマンら)も参照されたい。これらは両方とも、ポリマーが膨潤の際にゲルによる連続的な流体輸送ゾーンを形成する、高濃度のヒドロゲル形成ポリマーの領域を含む吸収性コアに関する。
【0004】
吸収製品の貯蔵構造における主要要素としてのヒドロゲル形成吸収性ポリマーに加えて、高内部相の水/油エマルション(「HIPE」)から誘導されたポリマー発泡体材料の使用が同一視されている。例えば、1993年11月9日に発行された米国特許第5,260,345号(デズマレーズ(DesMarais)ら)、1995年2月7日に発行された米国特許第5,387,207号(ダイヤー(Dyer)ら)および1997年7月22日に発行された米国特許第5,560,222号(デズマレーズら)を参照されたい。発泡体材料、特に液体貯蔵/再分配要素として機能するよう設計されたものは、繊維質マトリックス中のハイドロゲル形成吸収性ポリマーを含む貯蔵構造よりも、良好な吸い上げ(wicking)および液体分配特性、加圧下での高い貯蔵容量、柔軟性などを含む、いくつかの長所をもたらす。
【0005】
ハイドロゲル形成吸収性ポリマーおよびHIPE発泡体の両方の領域における従来の研究の主要な焦点は、比較的薄い材料における液体貯蔵容量の最大化である。ハイドロゲル形成吸収性ポリマー材料は、液体を吸収し、吸収製品にもれ防止および乾燥をもたらす。いったん吸収されると、吸収性ポリマー中の液体は浸透圧力によってしっかりと保持され、このことはトップシートが以前に吸収された尿によって再び湿るのを防止させる。しかし、液体がその表面に届かなければ、ハイドロゲル形成吸収性ポリマーそれ自身は液体を吸収する能力がほとんどない。このことは、高い毛管高さ(液体が小さい毛管中にのみ存在する)では、特に重要である。たとえば、通常の針葉樹パルプは、100cmの毛管吸引高さではほとんど取り込み(uptake)を示さない。このため、パルプとハイドロゲル形成吸収性ポリマーとの混合物が100cmでほとんど取り込みを示さないことは驚きではない。したがって、薄い材料での高い液体貯蔵容量という目標を達成するためになされた進歩にもかかわらず、高い毛管吸引性をも示す、貯蔵容量の高い材料を提供する必要が引き続き存在する。高い毛管吸引容量を示す貯蔵材料は、他の吸収性コア、たとえば捕捉および分配材料(典型的にはその一方または両方が吸収製品の吸収性コアに含まれている)から水を取り除くことを可能にするであろう。これらの他の吸収性コア要素から完全に水を取り除くことにより、これらの材料は、着用者によるさらなる液体の攻撃をうまく取り扱うことを可能にするであろう。一般的な高い毛管吸引容量に加えて、特に望ましい性質は、比較的高い毛管吸引高さでこのような容量をもたらす能力である。製品が液体でぬれた場合には、放出領域(すなわち製品の股部)から製品の前または後ろへの液体の動きは、良好な着用者の快適さをもたらすことができる。明らかなように、他のコア要素、特に液体を高い毛管高さに吸い上げる分配材料から水を取り除く貯蔵材料の能力は、特に吸収製品中での吸収材料としてのそれら貯蔵材料の働きに関連している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、高い毛管吸引容量を有する貯蔵吸収部材(この貯蔵吸収部材はハイドロゲル形成吸収性ポリマーまたは主に浸透圧力の結果として液体を吸収する他の材料を含む)を提供できることが望ましい。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は体液たとえば尿の閉じ込め(たとえば貯蔵)に有用な吸収部材に関する。これらの貯蔵吸収部材は、少なくとも浸透吸収材料(たとえばハイドロゲル形成吸収性ポリマー)を含み、高い毛管吸引容量を有する。本発明を開示するために、毛管吸引容量は、一般的に部材が吸収製品中に配置された場合に遭遇する比較的高い毛管圧力で、液体を取り込み部材の能力に基づいて測定される。特に、毛管吸引容量は部材の毛管吸着吸収容量に基づいて測定され、毛管吸着吸収容量は以下の試験方法の項において記載されている毛管吸着法に従って測定される。
【0008】
【発明の実施の形態】
I.定義
本明細書で用いる限りにおいて、「体液」という用語は尿、月経、おりもの、汗および糞便を含むが、これらに限定されない。
【0009】
本明細書で用いる限りにおいて、「吸収性コア」という用語は、製品の液体処理特性(体液の捕捉、輸送、分配および貯蔵を含む)に対して主要な役割を果たす吸収製品の要素のことをいう。このため、吸収性コアは、典型的には吸収製品のトップシートまたはバックシートを含まない。
【0010】
本明細書で用いる限りにおいて、「吸収部材」という用語は、典型的には1つまたは複数の液体処理特性、たとえば液体捕捉、液体分配、液体輸送、液体貯蔵などを与える吸収性コアの要素のことをいう。吸収部材は、吸収性コア全体または吸収性コアの一部を構成してもよく、すなわち吸収性コアは1つまたは複数の吸収部材を含んでいてもよい。「貯蔵吸収部材」は、主に吸収した液体を貯蔵するように機能する吸収性コアの吸収部材要素である。上述したように、貯蔵吸収部材は、その垂直吸い上げ能力の結果として液体を分配するよう機能することもできる。
【0011】
本明細書で用いる限りにおいて、「層」という用語は、その主な寸法がX−Yすなわちその長さおよび幅に沿っている吸収部材のことをいう。層という用語は必ずしも材料の単一の層またはシートに限定されるわけではないことを理解すべきである。そして、層は必要なタイプの材料の数枚のシートもしくはウェブの積層体もしくは組合せからなっていてもよい。従って、「層」という用語には、「(複数の)層」および「層状」という用語が含まれる。
【0012】
本明細書で用いる限りにおいて、「浸透吸収剤」という用語は、吸収された溶液と吸収されていない溶液との間の化学ポテンシャル差に応じて溶液を吸収する材料または構造体のことをいう。一般的に、この化学ポテンシャル差は吸収された溶液の高い溶質濃度から生じる。溶質種の拡散による溶質濃度の均一化を阻害するために、浸透吸収剤は典型的には少なくとも1つの溶質種の拡散を選択的に阻害する拡散バリアを有している。好適な拡散バリアは、(i)半透過性の逆浸透膜(膜は溶解性の塩(たとえばNaCl)に対する拡散バリアをもたらす)、(ii)(たとえばヒドロゲルに用いられる)架橋ポリ電解質ネットワーク(ポリ電解質ネットワークは電気的中和性の考慮の結果としてゲルの内部で解離したカウンターイオンを保持する)、である。浸透性のパケットまたはチャンバー吸収剤は、米国特許第5,108,383号(1992年4月28日、Whiteに対して発行)、および米国特許第5,082,723号(1992年1月21日、Grossらに対して発行)に開示されており、これらの各々の開示は参照により本明細書に組み込まれている。本発明の貯蔵吸収部材に使用するのに特に好ましい浸透吸収剤は、下記に詳細に説明するヒドロゲル形成吸収性ポリマーである。
【0013】
本明細書で用いる限りにおいて、「X−Y寸法」という用語は、部材、コアまたは製品の厚さに直交する平面のことをいう。X−Y寸法は通常、部材、コアまたは製品の長さおよび幅にそれぞれ対応する。
【0014】
本明細書で用いる限りにおいて、「領域」または「ゾーン」という用語は、吸収部材の部分または区画のことをいう。
【0015】
本明細書で用いる限りにおいて、「Z寸法」という用語は、部材、コアまたは製品の長さおよび幅に対して直交する寸法のことをいう。Z寸法は通常、部材、コアまたは製品の厚さに対応する。
【0016】
また、本発明の目的のためには、「上方」という用語は、吸収製品の着用者に最も近く、典型的には吸収製品のトップシートに比較的近い吸収部材、たとえば層のことをいうと理解すべきである。逆に、「下方」という用語は、吸収製品の着用者から最も遠くに離れ、典型的にはバックシートにより近い吸収部材のことをいう。
【0017】
本明細書で用いる限りにおいて、「含む(comprising)」という用語は、様々な要素、部材、工程などが、本発明に従って共同的に用いられていることを意味する。したがって、「含む(comprising)」という用語は、「実質的にからなる(consisting essentially of)」および「からなる(consisting of)」というより限定的な用語を含み、後者のより限定的な用語はこの分野において理解されるような標準的な意味を持つ。
【0018】
本明細書において用いられる全てのパーセンテージ、比率および割合は、特定していない限り、重量を単位とする。
【0019】
II.貯蔵吸収部材の毛管吸着特性
本発明の貯蔵吸収部材は高い毛管吸引容量を示す。本発明の開示の目的では、この高い吸引容量は、一般的に部材が吸収製品中に配置された場合に遭遇する、高い毛管高さで液体を取り込む部材の能力に基づいて測定される。毛管吸着吸収容量試験(本明細書において毛管吸着試験とも呼ばれる)は、貯蔵部材が毛管吸着装置に種々の高さで配置されたときに取り込まれる、貯蔵吸収部材のグラム当りの試験液の量を測定する。毛管吸着吸収容量試験は以下の試験方法の項においてより詳細に説明する。代表的な貯蔵吸収部材の毛管吸着等温線を図9にグラフで示す。特に、毛管吸着等温線は下記について示している。(i)大表面積ガラス超極細繊維とヒドロゲル形成吸収性ポリマーの粒子とからなる貯蔵吸収部材(以下の例1に従って製造されている);(ii)大表面積ポリマー発泡体の粒子とヒドロゲル形成吸収性ポリマーの粒子とからなる貯蔵吸収部材(以下の例5に従って製造されている);(iii)大表面積セルロースアセテートフィブレットとヒドロゲル形成吸収性ポリマーの粒子とからなる貯蔵吸収部材(以下の例6に従って製造されている);および(iv)大表面積ポリマー発泡体の粒子とヒドロゲル形成吸収性ポリマーの粒子とからなる貯蔵吸収部材(以下の例7に従って製造されている)。従来技術を代表する材料の毛管吸着等温線も図9に示す。従来技術の試料は、重量で約42%のセルロース綿毛(ウェイアーハウザー社、ワシントン州からのフリント・リバー・パルプ)と重量で約58%のヒドロゲル形成吸収性ポリマー(クラリアントGmbH、フランクフルトからIM7300として入手できる)からなる部材(以下の説明を参照のこと)からパンチした5.4cmの円形構造体である。
【0020】
1つの態様においては、本発明の高い毛管吸引性の貯蔵吸収部材は、浸透吸収剤(好ましくはヒドロゲル形成吸収性材料)を含み、35cmの高さで、少なくとも約12g/g、好ましくは少なくとも約14g/g、より好ましくは少なくとも約16g/g、より好ましくは少なくとも約20g/g、より好ましくは少なくとも約22g/g、さらにより好ましくは少なくとも約35g/gの毛管吸着吸収容量を有する。典型的には、これらの貯蔵吸収部材は、35cmの高さで、約12g/gから約60g/gまたは多くて約70g/g、より典型的には約14g/gから約50g/gまたは多くて約60g/g、より典型的には約16g/gから約40g/gまたは多くて約55g/g、より典型的には約20g/gから約50g/g、より典型的には約22g/gから約45g/gの毛管吸着吸収容量を有するであろう。
【0021】
他の態様においては、高い毛管吸引性の貯蔵吸収部材は、浸透吸収剤(好ましくはヒドロゲル形成吸収性材料)を含み、50cmの高さで、少なくとも約7g/g、好ましくは少なくとも約9g/g、より好ましくは少なくとも約12g/g、さらにより好ましくは少なくとも約16g/g、さらにより好ましくは少なくとも約21g/g、さらにより好ましくは少なくとも約30g/gの毛管吸着吸収容量を有する。典型的には、これらの貯蔵吸収部材は、50cmの高さで、約7g/gから約40g/gまたは多くて約60g/g、より典型的には約9g/gから約35g/gまたは多くて約50g/g、さらにより典型的には約12g/gから約30g/gまたは多くて約45g/g、さらにより典型的には約16g/gから約40g/g、より典型的には約21g/gから約35g/gの毛管吸着吸収容量を有するであろう。
【0022】
さらに他の態様においては、高い毛管吸引性の貯蔵吸収部材は、浸透吸収剤(好ましくはヒドロゲル形成吸収性材料)を含み、100cmの高さで、少なくとも約4g/g、好ましくは少なくとも約6g/g、より好ましくは少なくとも約8g/g、さらにより好ましくは少なくとも約12g/g、さらにより好ましくは少なくとも約17g/g、さらにより好ましくは少なくとも約25g/gの毛管吸着吸収容量を有する。典型的には、これらの貯蔵吸収部材は、100cmの高さで、約4g/gから約30g/gまたは多くて約50g/g、より典型的には約6g/gから約25g/gまたは多くて約45g/g、さらにより典型的には約8g/gから約20g/gまたは多くて約40g/g、さらにより典型的には約12g/gから約35g/g、さらにより典型的には約17g/gから約30g/gの毛管吸着吸収容量を有するであろう。
【0023】
さらに他の態様においては、高い毛管吸引性の貯蔵吸収部材は、浸透吸収剤(好ましくはヒドロゲル形成吸収性材料)を含み、140cmの高さで、少なくとも約4g/g、好ましくは少なくとも約5g/g、より好ましくは少なくとも約7g/g、さらにより好ましくは少なくとも約10g/g、さらにより好ましくは少なくとも約14g/g、さらにより好ましくは少なくとも約23g/gの毛管吸着吸収容量を有する。典型的には、これらの貯蔵吸収部材は、140cmの高さで、約4g/gから約28g/gまたは多くて約45g/g、より典型的には約5g/gから約23g/gまたは多くて約40g/g、さらにより典型的には約7g/gから約18g/gまたは多くて約35g/g、さらにより典型的には約10g/gから約30g/g、さらにより典型的には約14g/gから約25g/gの毛管吸着吸収容量を有するであろう。
【0024】
さらに他の態様においては、高い毛管吸引性の貯蔵吸収部材は、浸透吸収剤(好ましくはヒドロゲル形成吸収性材料)を含み、200cmの高さで、少なくとも約3g/g、好ましくは少なくとも約4g/g、より好ましくは少なくとも約6g/g、さらにより好ましくは少なくとも約8g/g、さらにより好ましくは少なくとも約11g/g、さらにより好ましくは少なくとも約20g/gの毛管吸着吸収容量を有する。典型的には、これらの貯蔵吸収部材は、200cmの高さで、約3g/gから約25g/gまたは多くて約40g/g、より典型的には約4g/gから約20g/gまたは多くて約35g/g、さらにより典型的には約6g/gから約15g/gまたは多くて約30g/g、さらにより典型的には約8g/gから約25g/g、さらにより典型的には約11g/gから約23g/gの毛管吸着吸収容量を有するであろう。
【0025】
本発明の部材の高い毛管吸引容量を毛管吸着吸収容量に基づいて定義するのに加えて、またはその代わりに、特に好ましい部材(たとえば大表面積材料がポリマー発泡体であるもの)を、高い高さで、比較的速い速度で、初期に液体を取り込む能力により特徴づけることもできる。高い吸引での高い取り込みおよび高い初期有効取り込み速度の両方を示す高い毛管吸引部材は、その高い毛管吸引材料によって、他の吸収性コア部材(たとえば捕捉材料または分配材料)からの仕切りの程度およびその速度が好都合に改善されるので、ユーザーに優れた乾燥感を与えるはずである。本発明の開示の目的では、後者の特性は本明細書において部材の「200cm毛管吸引高さでの初期有効取り込み速度」と呼ばれ(本明細書において「200cmでの初期有効取り込み速度」と呼ばれる)、g/g/hourの単位で報告される。貯蔵吸収部材の初期有効取り込み速度は、200cmでの毛管吸引吸収容量を200cmで費やす時間で割ることにより計算する。毛管吸引吸収容量および時間は、以下の試験方法の項で詳細に説明している毛管吸着法を用いることにより、容易に決定される。要求されるわけではないけれども、特に好ましい貯蔵吸収部材は、少なくとも約3g/g/hr、より好ましくは少なくとも約4g/g/hr、最も好ましくは少なくとも約8g/g/hrの、200cmでの初期有効取り込み速度を有するであろう。典型的には、200cmでの初期有効取り込み速度は、約3〜約15g/g/hr、より典型的には約4〜約12g/g/hr、さらにより典型的には約8〜約12g/g/hrである。
【0026】
上記の最小毛管吸着吸収容量は本発明の吸収部材によって重要であるが、部材はゼロヘッド圧で(すなわち毛管吸着試験における0cmで)少なくとも15g/gの毛管吸着吸収容量を有することが(必ずしも必要ではないが)好ましい。他の好ましい態様においては、吸収部材は少なくとも2つの吸引高さでともに要求されるg/g取り込み量を示すであろう。すなわち、たとえば好ましい貯蔵吸収部材は下記の特性の2またはそれ以上を有するであろう。(i)35cmの高さで、少なくとも約12g/g、好ましくは少なくとも約14g/g、より好ましくは少なくとも約16g/g、さらにより好ましくは少なくとも約20g/g、さらにより好ましくは少なくとも約22g/g、さらにより好ましくは少なくとも約35g/gの毛管吸着吸収容量;(ii)50cmの高さで、少なくとも約7g/g、好ましくは少なくとも約9g/g、より好ましくは少なくとも約12g/g、さらにより好ましくは少なくとも約16g/g、さらにより好ましくは少なくとも約21g/g、さらにより好ましくは少なくとも約30g/gの毛管吸着吸収容量;(iii)100cmの高さで、少なくとも約4g/g、好ましくは少なくとも約6g/g、より好ましくは少なくとも約8g/g、さらにより好ましくは少なくとも約12g/g、さらにより好ましくは少なくとも約17g/g、さらにより好ましくは少なくとも約25g/gの毛管吸着吸収容量;(iv)140cmの高さで、少なくとも約4g/g、好ましくは少なくとも約5g/g、より好ましくは少なくとも約7g/g、さらにより好ましくは少なくとも約10g/g、さらにより好ましくは少なくとも約14g/g、さらにより好ましくは少なくとも約23g/gの毛管吸着吸収容量;(v)200cmの高さで、少なくとも約3g/g、好ましくは少なくとも約4g/g、より好ましくは少なくとも約6g/g、さらにより好ましくは少なくとも約8g/g、さらにより好ましくは少なくとも約11g/g、さらにより好ましくは少なくとも約20g/gの毛管吸着吸収容量。
【0027】
さらに他の態様においては、本発明の貯蔵吸収部材は、種々の高さにおいて、ゼロヘッド圧での部材の容量に対して、比較的高い吸収効率(以下、「毛管吸収効率」という)を示すことに基づいて特徴づけることができる。所定の吸引高さでの毛管吸収効率は、その所定の高さでの部材の毛管吸引吸収容量を、ゼロヘッド圧のその材料の毛管吸引吸収容量で割ることによって決定される。この点に関して、1つの態様では、吸収部材はゼロ高さで少なくとも約15g/g、好ましくは少なくとも約20g/g、より好ましくは少なくとも約40g/g、より好ましくは少なくとも約60g/gの毛管吸着吸収容量を有し、かつ100cmの高さで、少なくとも約25%、好ましくは少なくとも約40%、さらにより好ましくは少なくとも約60%、さらにより好ましくは少なくとも約70%の毛管吸収効率を有するであろう。他の態様では、吸収部材はゼロ高さで少なくとも約15g/g、好ましくは少なくとも約20g/g、より好ましくは少なくとも約40g/g、より好ましくは少なくとも約60g/gの毛管吸着吸収容量を有し、かつ50cmの高さで、少なくとも30%、好ましくは少なくとも50%、より好ましくは少なくとも70%の、さらにより好ましくは少なくとも約80%の毛管吸収効率を有するであろう。さらに他の態様では、吸収部材はゼロ高さで少なくとも約15g/g、好ましくは少なくとも約20g/g、より好ましくは少なくとも約40g/g、より好ましくは少なくとも約60g/gの毛管吸着吸収容量を有し、かつ35cmの高さで、少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%、より好ましくは少なくとも85%の、さらにより好ましくは少なくとも約90%の毛管吸収効率を有するであろう。
【0028】
他の態様においては、本発明の好ましい貯蔵吸収部材は、部材が0cm高さでの毛管吸着吸収容量の50%の毛管吸着吸収容量を持つ高さとして定義される、比較的高い中間吸収高さを有するであろう。この点に関して、1つの態様では、吸収部材はゼロ高さで少なくとも約15g/g、好ましくは少なくとも約20g/g、より好ましくは少なくとも約40g/g、より好ましくは少なくとも約60g/gの毛管吸着吸収容量を有し、かつ少なくとも約35cm、より好ましくは少なくとも約40cm、さらにより好ましくは少なくとも約50cm、さらにより好ましくは少なくとも約100cm、さらにより好ましくは少なくとも約130cm、さらにより好ましくは少なくとも約200cmの中間吸収高さを有するであろう。
【0029】
III.高い吸引性の貯蔵吸収部材の要素
上記で示したように、本発明の貯蔵吸収部材は、浸透吸収剤たとえばヒドロゲル形成吸収性ポリマー、および体液の浸透吸収剤への輸送を促進する大表面積材料を含む。本発明の貯蔵吸収部材を調製するのに有用な、代表的な材料を以下に詳細に説明する。貯蔵部材には他の浸透吸収剤を用いてもよいが、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーが好ましい。そこで、これらの材料を詳細に説明する。
【0030】
A.ヒドロゲル形成吸収性ポリマー
1.化学組成
本発明の貯蔵吸収部材は、好ましくは少なくとも1つのヒドロゲル形成吸収性ポリマー(ヒドロゲル形成ポリマーとも呼ばれる)を有する。本発明において有用なヒドロゲル形成ポリマーには、様々な水に不溶性であるが、大量の液体を吸収することのできる水膨潤性ポリマーが含まれる。こうしたヒドロゲル形成ポリマーはこの技術分野において周知であり、これらの材料はいずれも本発明の高い毛管吸引性の吸収部材において有用である。
【0031】
ヒドロゲル形成吸収性ポリマー材料は、一般的に「親水コロイド」もしくは「超吸収性」材料とも呼ばれており、カルボキシメチルデンプン、カルボキシメチルセルロース、およびヒドロキシプロピルセルロースのような多糖類;ポリビニルアルコールおよびポリビニルエーテルのような非イオン性タイプ;ポリビニルビニリデン、ポリビニルモルホリニオン、およびN,N−ジメチルアミノエチルもしくはN,N−ジエチルアミノプロピルアクリレートおよびメタクリレートのようなカチオン性タイプ、およびそれらのそれぞれの第四級塩を含み得る。典型的には、本発明において有用なヒドロゲル形成吸収性ポリマーは、スルホン酸のような複数のアニオン性官能基、およびより典型的にはカルボキシ基を有する。ここで使用するために適切なポリマーの例には、重合可能な不飽和の酸含有モノマーから調製されるものが含まれる。従って、こうしたモノマーには、少なくとも1個の炭素−炭素オレフィン系二重結合を含有するオレフィン系不飽和酸および無水物を含む。より具体的には、これらのモノマーはオレフィン系不飽和カルボン酸および酸無水物、オレフィン系不飽和のスルホン酸、およびそれらの混合物から選択できる。上記のように、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの性質は本発明の部材にとって決定的に重要ではない。それでも、最適なポリマー材料の選択は本発明の部材の性能特性を増強する可能性がある。下記ではここで有用な吸収性ポリマーの好ましい特性について説明する。これらの特性は限定であると解釈するべきではない。むしろ、それらは単に最近数年間にわたって吸収性ポリマー技術において生じた進歩を示している。
【0032】
ここで、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの調製にあたっては、通常ごく僅かな量で、一部の非酸モノマーを含有してもよい。こうした非酸モノマーには、例えば酸含有モノマーの水溶性もしくは水分散性エステル、並びにカルボン酸もしくはスルホン酸基を全く含有していないモノマーが含まれる。従ってオプションの非酸モノマーには、下記のタイプの官能基を含有するモノマーを含有することができる:カルボン酸もしくはスルホン酸エステル、ヒドロキシル基、アミド基、アミノ基、ニトリル基、第四級アンモニウム塩基、アリール基(例えばスチレンモノマーに由来するもののようなフェニル基)。これらの非酸モノマーは周知の材料であり、例えば1978年2月28日に発行された米国特許第4,076,663号(Masudaら)、および1977年12月13日に発行された米国特許第4,062,817号(Westerman)に極めて詳細に記載されており、これらの両方とも参照により本明細書に組み込まれている。
【0033】
オレフィン系不飽和カルボン酸およびカルボン酸無水物モノマーには、アクリル酸自体、メタクリル酸、エタクリル酸、α−クロロアクリル酸、a−シアノアクリル酸、β−メチルアクリル酸(クロトン酸)、α−フェニルアクリル酸、β−アクリルオキシプロピオン酸、ソルビン酸、α−クロロソルビン酸、アンゲリカ酸、桂皮酸、p−クロロ桂皮酸、β−ステリルアクリル酸、イタコン酸、シトロコン酸、メサコン酸、グルタコン酸、アコニット酸、マレイン酸、フマル酸、トリカルボキシエチレンおよびマレイン酸無水物を代表とするアクリル酸が含まれる。
【0034】
オレフィン系不飽和スルホン酸モノマーには、例えばビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸およびスチレンスルホン酸のような脂肪族もしくは芳香族ビニルスルホン酸;スルホエチルアクリレート、スルホエチルメタクリレート、スルホプロピルアクリレート、スルホプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−メタクリルオキシプロピルスルホン酸および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸のようなアクリルおよびメタクリルスルホン酸が含まれる。
【0035】
本発明において使用するために好ましいヒドロゲル形成吸収性ポリマーはカルボキシ基を含有する。これらのポリマーには、加水分解デンプン−アクリロニトリルグラフト共重合体、部分的に中和された加水分解デンプン−アクリロニトリルグラフト共重合体、デンプン−アクリル酸グラフト共重合体、部分的に中和されたデンプン−アクリル酸グラフト共重合体、鹸化酢酸ビニル−アクリルエステル共重合体、加水分解アクリロニトリルもしくはアクリルアミド共重合体、上記の共重合体のいずれかの僅かにネットワーク架橋したポリマー、部分的に中和されたポリアクリル酸、および部分的に中和されたポリアクリル酸の僅かにネットワーク架橋したポリマーが含まれる。これらのポリマーは単独で、または2以上の相違するポリマーの混合物の形のどちらかで使用できる。これらのポリマー材料の例は、米国特許第3、661,875号、米国特許第4,076,663号、米国特許第4,093,776号、米国特許第4,666,983号、および米国特許第4,734,478号に開示されている。
【0036】
ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの製造に使用される最も好ましいポリマー材料は、部分的に中和されたポリアクリル酸とそのデンプン誘導体の僅かにネットワーク架橋したポリマーである。最も好ましくは、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーは約50〜約95%、好ましくは約75%の中和され僅かにネットワーク架橋したポリアクリル酸(即ち、ポリ(アクリル酸ナトリウム/アクリル酸))を含む。ネットワーク架橋はポリマーを実質的に水に不溶性にし、部分的に、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの吸収容量および抽出可能なポリマー含量特性を決定する。これらのポリマーをネットワーク架橋するためのプロセスおよび代表的なネットワーク架橋剤は米国特許第4,076,663号に極めて詳細に記載されている。
【0037】
ヒドロゲル形成吸収性ポリマーは、好ましくは1つのタイプ(すなわち均質)であるが、本発明においてはポリマーの混合物も使用できる。例えば、本発明においてはデンプン−アクリル酸グラフト共重合体と部分的に中和されたポリアクリル酸の僅かにネットワーク架橋したポリマーとの混合物を使用できる。
【0038】
ヒドロゲル形成ポリマーコンポーネントは、カチオン交換ヒドロゲル形成吸収性ポリマーおよびアニオン交換ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを含む混床式イオン交換組成物の形態であってもよい。こうした混床式イオン交換組成物は、例えば、Hirdらによって1998年1月7日に出願された米国特許出願第09/003,565号(P&Gケース6975−名称「加圧下で高い吸着容量を有する吸収性ポリマー組成物(ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS HAVING HIGH SORPTION CAPACITIES UNDER AN APPLIED PRESSURE)」);Ashrafらによって1998年1月7日に出願された米国特許出願第09/003,905号(P&Gケース6976および6976R−名称「加圧下で高い吸着容量および高い液体浸透率を具備した吸収性ポリマー組成物(ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS WITH HIGH SORPTION CAPACITY AND HIGH FLUID PERMEABILITY UNDER AN APPLIED PRESSURE)」);Ashrafらによって1998年1月7日に出願された米国特許出願第09/003,918号(P&Gケース6977−名称「加圧下での高い吸着容量および膨潤状態での改善された完全性を有する吸収性ポリマー組成物(ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS WITH HIGH SORPTION CAPACITY UNDER AN APPLIED PRESSURE AND IMPROVED INTEGRITY IN THE SWOLLEN STATE)」);およびHirdらによって1999年3月1日に出願された米国特許出願第 号(P&Gケース7432−名称「加圧下で高い吸着容量を有する吸収性ポリマー組成物(ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS HAVING HIGH SORPTION CAPACITIES UNDER AN APPLIED PRESSURE)」)により詳細に記載されており、これらの各々の開示は参照により本明細書に組み込まれている。
【0039】
本発明において有用なヒドロゲル形成吸収性ポリマーは広範囲にわたって変化するサイズ、形状および/またはモフォロジーを有することができる。これらのポリマーは最大寸法対最小寸法の比率が大きくない粒子の形態(例えば、顆粒、粉末、粒子間凝集体、粒子間架橋した凝集体など)であってもよく、さらに繊維、シート、フィルム、発泡体、フレークなどの形態であってもよい。ヒドロゲル形成吸収性ポリマーは、例えば粉末シリカ、界面活性剤、糊、バインダーなどのような低レベルの1以上の添加剤との混合物からなっていてもよい。この混合物中の成分は、ヒドロゲル形成ポリマーコンポーネントおよび非ヒドロゲル形成ポリマー添加物が容易に物理的に分離可能ではないような形態で、物理的および/または化学的に会合していてもよい。
【0040】
ヒドロゲル形成吸収性ポリマーは、本質的に非多孔質(すなわち内部ポロシティーがない)であってもよいし、実質的な内部ポロシティーを有していてもよい。
【0041】
上記のような粒子については、粒径サイズはふるいサイズ分析によって測定される寸法として定義される。従って、例えば目開きが710ミクロンの米国標準試験用ふるい(たとえばNo.25USシリーズ代替ふるい表示)上に保持される粒子は710ミクロンより大きなサイズを有するとみなされ;目開きが710ミクロンのふるいを通過するが、目開きが500ミクロンのふるい(たとえばNo.35USシリーズ代替ふるい表示)上に保持される粒子は500と710μmの間の粒径を有するとみなされ;および目開きが500ミクロンのふるいを通過する粒子は500μm未満のサイズを持つとみなされる。ヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子の所定の試料の質量メジアン粒径は質量ベースで試料を半分に分ける粒径であると定義される。すなわち、重量で試料の半分は質量メジアンサイズより小さな粒径を有し、試料の半分は質量メジアンサイズより大きな粒径を有するであろう。50%質量値が米国標準試験用ふるいの目開きサイズに相当しないときには、質量メジアン粒径を測定するために典型的には標準粒径プロット法(所定のふるいサイズの目開き上に保持されるか、または目開きを通過する粒子試料の累積重量パーセントを、ふるいの目開きのサイズに対して、確率紙面上にプロットする)が使用される。ヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子の粒径を測定するためのこれらの方法は、1991年10月29日に発行された米国特許第5,061,259号(Goldmanら)に詳細に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【0042】
本発明において有用なヒドロゲル形成吸収性ポリマーの粒子については、粒子は一般的にサイズが約1〜約2,000μm、より好ましくは約20〜約1,000μmの範囲内であろう。質量メジアン粒径は、一般には約20〜約1,500μm、より好ましくは約50μm〜約1,000μm、さらにいっそうより好ましくは約100μm〜約800μmであろう。
【0043】
本発明の吸収部材において、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの比較的高い濃度(たとえば重量で40〜60%またはそれ以上)が用いられる場合は、吸収性ポリマーのさらに別の特性が関連するかもしれない。こうした実施形態では、材料は、1996年10月8日にGoldmanらに発行された米国特許第5,562,646号、および1997年2月4日にGoldmanらに発行された米国特許第5,599,335号によって記載された特性の1つ以上を有していてもよく、これらの各々の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0044】
2.製造方法
基本的なヒドロゲル形成吸収性ポリマーはどのような従来方法でも形成することができる。これらのポリマーを製造するための典型的かつ好ましいプロセスは、1988年4月19日に発行された米国再発行特許第32,649号(Brandtら)、1987年5月19日に発行された米国特許第4,666,983号(Tsubakimotoら)、および1986年11月25日に発行された米国特許第4,625,001号(Tsubakimotoら)に記載されており、これらの全ては参照により本明細書に組み込まれる。
【0045】
基本的なヒドロゲル形成吸収性ポリマーを形成するための好ましい方法は、水溶液もしくはその他の溶液重合法を含む方法である。上記で参照した米国再発行特許第32,649号に記載されているように、水溶液重合法は重合を行うために水性反応混合物の使用を含む。水性反応混合物はその後、混合物中で実質的に水に不溶性の僅かにネットワーク架橋ポリマーを製造するのに十分な重合条件を受ける。形成されたポリマーの塊は、その後個々の粒子を形成するために粉砕されるか、切断される。
【0046】
より具体的には、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを製造するための水溶液重合法は、その中で重合を行うために水性反応混合物の調製を含む。こうした反応混合物の1つの要素は、製造されるヒドロゲル形成吸収性ポリマーの「バックボーン」を形成するであろう酸基含有モノマーである。反応混合物は、一般にモノマーの約100重量部を含むであろう。水性反応混合物の別の成分はネットワーク架橋剤を含む。本発明によるヒドロゲル形成吸収性ポリマーの形成に有用なネットワーク架橋剤は、上記で参照した米国再発行特許第32,649号、米国特許第4,666,983号および米国特許第4,625,001号に、より詳細に記載されている。ネットワーク架橋剤は一般に、水性混合物中に存在するモノマーの総モルを基準として約0.001モルパーセント〜約5モルパーセントの量で水性反応混合物中に存在するであろう(モノマーの100重量部を基準として約0.01〜約20重量部)。水性反応混合物のオプションの成分は、例えば過硫酸ナトリウム、カリウムおよびアンモニウム、過酸化カプリリル、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、クメンヒドロペルオキシド、第三級ブチルジペルフタレート、第三級ブチルペルベンゾエート、過酢酸ナトリウム、過炭酸ナトリウムなどのような過酸素化合物を含むフリーラジカル開始剤からなる。水性反応混合物の他のオプションの成分は、必須の不飽和酸官能基含有モノマーのエステルまたはその他のカルボン酸もしくはスルホン酸官能基を全く含有しないその他のコモノマーを含む様々な非酸性コモノマーからなる。
【0047】
水性反応混合物は、混合物中に、実質的に水に不溶性であるが水膨潤性のヒドロゲル形成吸収剤の僅かにネットワーク架橋ポリマーを製造するのに十分な重合条件を受ける。重合条件は上記の3つの特許においても、より詳細に議論されている。こうした重合条件は、一般に約0℃〜約100℃、より好ましくは約5℃〜約40℃の重合温度へ加熱(熱活性化法)を含む。水性反応混合物が維持される重合条件は、例えば反応混合物もしくはその部分にいずれかの従来の重合活性化照射を与えることを含んでいてもよい。放射線、電子線、紫外線または電磁波の照射は代替的な従来の重合法である。
【0048】
また、水性反応混合物において形成されたヒドロゲル形成吸収性ポリマーの酸性官能基は好ましくは中和される。中和は、塩形成カチオンを用いて中和される酸性基含有モノマーである、ポリマーを形成するために利用された全モノマーの少なくとも25モルパーセント、より好ましくは少なくとも約50モルパーセントをもたらすいずれかの従来の方法で実行できる。こうした塩形成カチオンには、上記で参照した米国再発行特許第32,649号で詳細に議論されているように例えばアルカリ金属、アンモニウム、置換アンモニウムおよびアミンが含まれる。
【0049】
水溶液重合プロセスを使用して微粒子の形態のヒドロゲル形成吸収性ポリマーを製造するのが好ましいけれども、例えば逆エマルジョン重合法または逆懸濁重合法のような多相重合プロセスを使用して重合プロセスを行うこともできる。逆エマルジョン重合法または逆懸濁重合法においては、上述したような水性反応混合物を例えばシクロヘキサンのような水に非混和性の不活性有機溶媒のマトリックス中に小さな液滴の形で懸濁させる。得られるヒドロゲル形成吸収性ポリマーの粒子は、一般に形状が球形である。逆懸濁重合法は、1982年7月20日に発行された米国特許第4,340,706号(Obayashiら)、1985年3月19日に発行された米国特許第4,506,052号(Flesherら)、および1988年4月5日に発行された米国特許第4,735,987号(Moritaら)に極めて詳細に記載されており、これらの全ては参照により本明細書に組み込まれる。
【0050】
初期に形成されるポリマーの表面架橋は、本発明の文脈において有益であるかもしれない、比較的高いポロシティーのヒドロゲル層(「PHL」)、加圧力下性能(「PUP」)容量および塩水流動伝導性(「SFC」)値を有するヒドロゲル形成吸収性ポリマーを得るための好ましいプロセスである。本発明によりヒドロゲル形成吸収性ポリマーの表面架橋を行うために適切な一般的な方法は、1985年9月17日に発行された米国特許第4,541,871号(Obayashi);1992年10月1日に公開されたPCT出願第WO92/16565号(Stanley);1990年8月9日に公開されたPCT出願第WO90/08789号(Tai);1993年3月18日に公開されたPCT出願第WO93/05080号(Stanley);1989年4月25日に発行された米国特許第4,824,901号(Alexander);1989年1月17日に発行された米国特許第4,789,861号(Johnson);1986年5月6日に発行された米国特許第4,587,308号(Makita);1988年3月29日に発行された米国特許第4,734,478号(Tsubakimoto);1992年11月17日に発行された米国特許第5,164,459号(Kimuraら);1991年8月29日に公開された公開ドイツ特許出願第4,020,780号(Dahmen);および1992年10月21日に公開された公開欧州特許出願第509,708号(Gartner)に開示されており、これらの全ては参照により本発明に組み込まれる。1996年10月8日に発行された米国特許第5,562,646号(Goldmannら)および1997年2月4日に発行された米国特許第5,599,335号(Goldmannら)も参照されたい。
【0051】
本発明に従って調製されるヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子は、典型的には実質的に乾燥している。「実質的に乾燥している」という用語は、本明細書ではそれらの粒子が粒子の重量を単位として約50%未満、好ましくは約20%未満、より好ましくは約10%未満の液体含有量、典型的には水もしくはその他の溶液含有量を有することを意味する。一般に、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子の液体含有量は粒子の重量で約0.01%〜約5%の範囲内にある。個々の粒子は例えば加熱によるようなどのような従来の方法でも乾燥させることができる。代わりに、粒子が水性反応混合物を使用して形成される場合は、共沸蒸留によって反応混合物から水を除去してもよい。また、ポリマー含有水性反応混合物は、メタノールのような脱水溶媒を用いて処理することもできる。これらの乾燥方法の組合せも使用できる。水が除去されたポリマーの塊は、その後、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの実質的に乾燥した粒子を形成するために切断または粉砕してもよい。
【0052】
B.大表面積材料
浸透吸収剤(たとえばヒドロゲル形成吸収性ポリマー)に加えて、本発明の貯蔵吸収部材は大表面積材料を含む。それ自体で、または例えばヒドロゲル形成吸収性ポリマーとの組合せで、部材に高い毛管吸着吸収容量をもたらすのは、この大表面積材料である。本明細書において議論している限りでは、少なくとも1つの観点では、大表面積材料をそれらの毛管吸着吸収容量(ヒドロゲル形成ポリマーまたは実際の貯蔵吸収部材に含まれる他のオプションの材料、例えば接着剤、結合剤などを含まずに測定される)に基づいて説明する。大表面積を有する材料は極めて高い吸引高さ(たとえば100cm以上)で取り込み能力を有する可能性があることは認識されている。このことは大表面積材料が下記の機能の1つもしくは両方をもたらすことを可能にする。i)液体の浸透吸収剤への毛管経路、および/またはii)追加の吸収容量。従って、大表面積材料は重量または容積当たりのそれらの表面積によって説明できるけれども、その代わりに出願人は本明細書では大表面積材料を説明するために毛管吸着吸収容量を使用する。というのは、毛管吸着吸収容量は、一般的に本発明の吸収部材に、改良された吸収製品を提供するために必要な吸引容量をもたらす性能パラメータであるためである。ある種の大表面積材料、例えばガラス超極細繊維はそれら自体では、すべての高さで、特に極めて高い高さ(たとえば100cm以上)で特別に高い毛管吸着吸収容量を示すわけではないことは認識されるであろう。にもかかわらず、こうした材料は、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーまたは他の浸透吸収剤と組み合わせた場合に、比較的高い高さでも、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーまたは他の浸透吸収剤に望ましい液体の毛管経路をもたらし、必要な毛管吸着吸収容量をもたらす可能性がある。
【0053】
十分な毛管吸着吸収容量を有するいかなる材料も、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーまたは他の浸透吸収剤と組み合わせて用いた場合には、本発明の貯蔵吸収部材において有用であろう。これに関連して、「大表面積材料」という用語は、それ自体で(すなわち浸透吸収剤または貯蔵吸収部材を作り上げるどのような他のオプションの材料も含まずに測定されたときに)、下記の毛管吸着吸収容量の1つまたはそれ以上を示すあらゆる材料のことをいう。(I)100cmの吸引高さで少なくとも約2g/g、好ましくは少なくとも約3g/g、さらにより好ましくは少なくとも約4g/g、およびさらにより好ましくは100cmの高さで少なくとも約6g/gの毛管吸着吸収容量;(II)35cmの高さで少なくとも約5g/g、好ましくは少なくとも約8g/g、より好ましくは少なくとも約12g/gの毛管吸着吸収容量;(III)50cmの高さで少なくとも約4g/g、好ましくは少なくとも約7g/g、より好ましくは少なくとも約9g/gの毛管吸着吸収容量;(IV)140cmの高さで少なくとも約1g/g、好ましくは少なくとも約2g/g、より好ましくは少なくとも約3g/g、さらにより好ましくは少なくとも約5g/gの毛管吸着吸収容量;または(V)200cmの高さで少なくとも約1g/g、好ましくは少なくとも約2g/g、より好ましくは少なくとも約3g/g、さらにより好ましくは少なくとも約5g/gの毛管吸着吸収容量。
【0054】
1つの実施形態においては、大表面積材料は性格において繊維質(以下、「大表面積繊維」という)であり、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーまたは他の浸透吸収剤と組み合わせた場合に繊維質ウェブまたは繊維質マトリックスをもたらすであろう。その代わりに、そして特に好ましい実施形態においては、大表面積材料は連続気泡の親水性ポリマー発泡体であろう(以下、「大表面積ポリマー発泡体」またはより一般的に「ポリマー発泡体」という)。これらの材料について下記で詳細に説明する。
【0055】
1.大表面積繊維
本発明に有用な大表面積繊維には、天然に産出する(変性もしくは非変性)繊維、および合成により製造された繊維が含まれる。大表面積繊維は、吸収製品に典型的に使用される繊維、例えば木材パルプ繊維よりはるかに大きい表面積を有する。本発明で使用される大表面積繊維は、望ましくは親水性であろう。本明細書において使用する限りでは、「親水性」という用語は、これらの繊維上に付着した水性液(たとえば水性体液)によってぬれる繊維または繊維の表面を表す。親水性およびぬれ性は典型的には、関与している液体と固体の接触角および表面張力によって定義される。このことは、Robert F. Gould編「接触角、ぬれ性および粘着(Contact Angle, Wettability and Adhesion)」と題する米国化学会の出版物(著作権1964)において詳細に議論されている。繊維または繊維の表面は、液体と繊維またはその表面の間の接触角が90°未満である場合、または液体が繊維の表面を横切って自然に広がる傾向を示す場合(どちらの状態も通常は共存する)のどちらかの場合に、液体によってぬれる(すなわち親水性である)と言われる。逆に、接触角が90°より大きく、液体が繊維の表面を横切って自然に広がらない場合には、繊維またはその表面は疎水性であるとみなされる。ここで有用な繊維の親水性の性質は、その繊維に固有のものであってよいし、繊維が本来は疎水性繊維であるが親水性にするように処理されたものであってもよい。本来は疎水性の繊維に親水性の性質を与えるための材料および方法はよく知られている。
【0056】
ここで有用な大表面積繊維は、下記で説明するポリマー発泡体と同じ範囲内の毛管吸引比表面積を有するであろう。しかし、典型的には大表面積繊維は周知のBET表面積に基づいて特徴づけられる。
【0057】
ここで有用な大表面積繊維は、ガラス超極細繊維、例えばエヴァナイト ファイバー社(Evanite Fiber Corp.)(Corvallis、オレゴン州)から入手可能なガラスウールが含まれる。ここで有用なガラス超極細繊維は、典型的には約0.8μm未満、より典型的には約0.1μm〜約0.7μmの繊維径を有するであろう。これらの超極細繊維は、少なくとも約2m2/g、好ましくは少なくとも約3m2/gの表面積を有するであろう。典型的には、ガラス超極細繊維の表面積は約2m2/g〜約15m2/gであろう。ここで使用する代表的なガラス超極細繊維は、エヴァナイト ファイバー社からタイプ104ガラス繊維として入手でき、約0.5μmの公称繊維径を有する。これらのガラス超極細繊維は約3.1m2/gの表面積計算値を有する。
【0058】
ここで有用なもう1つのタイプの大表面積繊維はフィブリル化されたセルロース・アセテート繊維である。これらの繊維(本明細書において「フィブレット」という)は吸収製品の技術分野において一般に使用されるセルロース由来の繊維に比較して大表面積を有する。こうしたフィブレットは、それらの粒径サイズが典型的には約0.5〜約5μmであるような、極めて径の小さい領域を有する。これらのフィブレットは、典型的には約20m2/gの表面積を有する。ここで大表面積材料として有用な代表的なフィブレットはヘキスト・セラニーズ社(Hoechst Celanese Cop.)(シャルロット、ノースカロライナ州)からセルロース・アセテート・フィブレット(登録商標)として入手できる。それらの物理的特性およびそれらの調製方法を含み、フィブレットについての詳細な議論については、「セルロース・アセテート・フィブレット:大表面積を有するフィブリル化パルプ(Cellulose Acetate Fibrets: A Fibrillated Pulp With High Surface Area)」,Smith,J.E., Tappi Journal, Dec. 1988, p.237;および1996年1月23日に発行された米国特許第5,486,410号(Groegerら)(それらの各々の開示は参照により本明細書に組み込まれる)を参照されたい。
【0059】
これらの繊維に加えて、当業者であれば吸収性の技術分野において周知の他の繊維を変性して、ここで使用するための大表面積繊維を提供できることを認識するであろう。本発明によって必要とされる大表面積を達成するために変性できる代表的な繊維は、上記の米国特許第5,599,335号(特に、第21‐24欄を参照)に開示されている。
【0060】
用いられる大表面積繊維の性質とは無関係に、繊維および浸透吸収剤は組み合わせる前には分離した材料であろう。本明細書において用いる限り、「分離した(discrete)」という用語は、大表面積繊維および浸透吸収剤が、各々、組み合わされて貯蔵吸収部材を形成する前に形成されることを意味する。言い換えると、大表面積繊維が浸透吸収剤との混合に引続いて形成されるのではなく、浸透吸収剤が大表面積繊維との組み合わせ後に形成されるのでもない。別個のそれぞれの成分を組み合わせることは、大表面積繊維が望ましいモフォロジーを有し、かつ、より重要であるが、望ましい表面積を有することを確実にする。
【0061】
2.大表面積ポリマー発泡体
ここで有用な大表面積ポリマー発泡体を、それらの物理的特性に基づいて下記の幾つかの面において説明する。これらの特性のいくつかを測定するためには、シートの形態での発泡体について分析することが必要である。従って、発泡体が粒子の形態で使用されるが、前以て成形されたシートから調製される限りにおいて、物理的特性の測定はシート状の発泡体について(すなわち粒子を形成する前に)実施されるであろう。発泡体が重合プロセス中にその場で粒子(すなわちビーズ)に成形される場合には、こうした測定を行う目的で、(化学組成、セルサイズ、W:O比などに関して)類似の発泡体をシートに成形してもよい。
【0062】
(a)一般的なポリマー発泡体の性質
本発明の高い毛管吸引性の貯蔵吸収部材に有用な大表面積ポリマー発泡体は、この技術分野において公知である。特に好ましい発泡体は、高内部相の水/油エマルションを重合することによって得られるものであり、例えば米国特許第5,387,207号および米国特許第5,650,222号に記載されているものである。他の特に好ましいポリマー発泡体は、「高吸引ポリマー発泡体材料(HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS)」と題するT. DesMaraisらによって1998年3月13日に出願された同時係属中の米国特許出願第09/042,429号(P&Gケース7052)および「水性液を分配するための吸収材料(ABSORBENT MATERIALS FOR DISTRIBUTING AQUEOUS LIQUIDS)」と題するT. DesMaraisらによって1998年3月13日に出願された同時係属中の米国特許出願第09/042,418号(P&Gケース7051)により詳細に記載されており、これらの各々の開示は参照により本明細書に組み込まれる。(これらの同時係属中の一方または両方に記載された具体的な好ましい発泡体は下記の実施例の項で説明する。)ここで有用なポリマー発泡体は相対的に連続気泡になっているものである。このことは、発泡体の個々のセルの多くが隣接するセルと妨害されずに連絡していることを意味する。こうした相対的に連続気泡になっている発泡体構造におけるセルは、発泡体構造内部で1つのセルから他のセルへの容易な液体移動を許容するのに十分に大きいセル間開口部すなわち「ウィンドウ」を有する。
【0063】
これらの相対的に連続気泡になった発泡体構造は、一般的に、相互に連絡し三次元的に分岐した複数のウェブによって規定される個々のセルを有する網状の特徴を有する。これらの分岐ウェブを作り上げているポリマー材料のストランドは「支柱(struts)」と呼ぶことができる。本発明の目的では、最も好ましい発泡体材料は、発泡体構造において、少なくともサイズが1μmであり少なくとも1つの隣接セルと液体連絡しているセルを少なくとも約80%有するであろう。
【0064】
連続気泡状でなっていることに加えて、これらのポリマー発泡体は発泡体が水性液を吸収することを可能にするほど十分に親水性である。発泡体構造の内面は、下記で説明するように、重合後に発泡体構造内に残っている残留親水性化界面活性剤によって、または選択された重合後の発泡体処理方法によって親水性にされる。
【0065】
これらのポリマー発泡体が「親水性」である程度は、吸収可能な試験液と接触したときに示される「付着張力」値によって定量できる。これらの発泡体によって示される付着張力は、例えば合成尿のような試験液の取り込み重量を既知の寸法および毛管吸引比表面積を有する試料について測定する方法を使用して実験的に測定することができる。こうした方法は、米国特許第5,387,207号の中の試験方法の項に詳細に説明されている。本発明において有用な大表面積材料である発泡体は、一般に65±5ダイン/cmの表面張力を有する合成尿の毛管吸引取り込みによって測定したときに、約15〜約65ダイン/cm、より好ましくは約20〜約65ダイン/cmの付着張力値を示すものである。
【0066】
ここで有用なポリマー発泡体は好ましくはつぶれた(すなわち膨張していない)形態で調製され、ポリマー発泡体は水性液と接触するとこうした液体を吸収し、吸収された量により毛管圧力と閉じ込め圧力との合計が発泡体の膨張圧(下記で説明する)より下がると膨張する。これらのつぶれたポリマー発泡体は、通常、圧縮力および/または加熱乾燥および/または真空脱水により重合HIPE発泡体から水相を絞り出すことによって得られる。圧縮および/または加熱乾燥および/または真空脱水の後に、これらのポリマー発泡体はつぶれた、すなわち膨張していない状態になる。
【0067】
圧縮によって水が絞り出された、代表的なつぶれたHIPE発泡体のセル構造は上記の米国特許第5,650,222号の図3および4の顕微鏡写真に示されている。これらの図に示されるように、特に’222特許の図1および2に示されている膨張したHIPE発泡体構造と比較した場合、発泡体のセル構造はゆがんでいる。また、’222特許の図3および4からわかるように、つぶれた発泡体構造におけるボイドまたはポア(暗い領域)は平たくなっているか細長くなっている。(’222特許に示されている発泡体はシートの形態であることが注目される;下記で説明するように、ここではシート形態の発泡体が有用であるけれども、好ましい実施形態では発泡体は粒子の形態であろう)。ここで有用な、別のHIPE由来の発泡体のセル構造(膨張状態にある)は、本明細書では図3および4に示されている。この特定の発泡体および関連する発泡体の調製は本明細書において実施例2〜4で説明され、これらの超大表面積発泡体は「高吸引ポリマー発泡体材料(HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS)」と題するT.A.DesMaraisらによって1998年3月13日に出願された同時係属中の米国特許出願第09/042,429号(P&Gケース7052)および「水性液を分配するための吸収材料(ABSORBENT MATERIALS FOR DISTRIBUTING AQUEOUS LIQUIDS)」と題するT.A.DesMaraisらによって1998年3月13日に出願された同時係属中の米国特許出願第09/042,418号(P&Gケース7051)により詳細に記載されており、これらの各々の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0068】
圧縮および/または加熱乾燥/真空脱水に続いて、つぶれたポリマー発泡体は水性液によってぬれると再膨張することができる。驚くべきことに、これらのポリマー発泡体は例えば少なくとも約1年間までのかなりの期間にわたり、このつぶれた、すなわち膨張していない状態のままでいる。これらのポリマー発泡体がこのつぶれた/膨張していない状態のままでいる能力は、毛管力、および特に発泡体構造内で発生する毛管圧力によるものであると考えられる。本明細書で用いる限りにおいて、「毛管圧力」は発泡体におけるポアの狭い範囲内でのメニスカスの湾曲に起因する液体/空気界面を横切る圧力差のことをいう。[Chatterjee,「吸収性(Absorbency)」 Textile Scienc and Technology, Vol.7, 1985, p. 36 を参照されたい。]
実施可能な程度までの圧縮および/または加熱乾燥/真空脱水の後、これらのポリマー発泡体はその中に組み込まれている吸湿性の水和塩に会合した水和水、および発泡体内に吸収された自由水の両方を含む残留水を有する。この(水和塩によって補助された)残留水は得られるつぶれた発泡体構造に毛管圧力を発揮させると考えられる。本発明のつぶれたポリマー発泡体は、72°F(22℃)および相対湿度50%の周囲条件で貯蔵されたときに、発泡体の重量を単位として少なくとも約4%、典型的には約4〜約40%の残留水含有量を有し得る。好ましいつぶれたポリマー発泡体は、発泡体の重量を単位として少なくとも約5〜約30%の残留水含有量を有する。
【0069】
これらの発泡体の重要なパラメータはそれらのガラス転移温度である。Tgはポリマーのガラス状態とゴム状態との間の転移の中間点を表す。使用温度よりも高いTgを有する発泡体は極めて強力であり得るが、硬く潜在的に破損しやすいであろう。また、こうした発泡体は典型的には、つぶれた状態で長期間貯蔵した後に、ポリマーのTgよりも冷たい水溶液でぬらした場合、膨張した状態に戻るのに長い時間を要する。機械的特性、特に強さおよび柔軟性の望ましい組合せは、典型的には、これらの望ましい特性を達成するためのかなり選択的な範囲のモノマーのタイプおよびレベルを必要とする。
【0070】
本発明に有用な発泡体に関しては、その発泡体が使用中の温度において許容できる強度を有する限り、Tgはできるだけ低くなければならない。従って、より低いTgを有する対応ホモポリマーを与えるモノマーが、可能な限り選択される。アクリレートおよびメタクリレートコモノマー上のアルキル基の鎖長は同族ホモポリマーシリーズのTgから予想されるより長いことがあるとわかっている。具体的には、アルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレート系ホモポリマーの同族シリーズは8炭素原子の鎖長で最低Tgを有することが発見されている。これに対して、本発明のコポリマーの最低Tgは約12炭素原子の鎖長で生じる。(アルキルアクリレートおよびアルキルメタクリレートの代わりにアルキル置換スチレンモノマーを使用できるが、それらの利用可能性は現在のところ非常に限定されている)。
【0071】
また、ポリマーのガラス転移領域の形状、すなわち温度の関数としてそれが狭いか広いかということも重要であり得る。このガラス転移領域の形状は、特にポリマーの使用温度(通常、周囲温度もしくは体温)がTgまたはその近くである場合に問題となる。例えば、転移領域が広いことは使用温度において転移が不完全であることを意味することがある。典型的には、転移が使用温度で不完全な場合は、ポリマーはより大きな剛性を示し、より柔軟性が低くなるであろう。逆に、使用温度で転移が完了しているならば、その場合には水溶液でぬれたときにポリマーは圧縮からのより迅速な回復を示すであろう。従って、ポリマーのTgおよび転移領域の幅を制御して、望ましい機械的特性を達成することが望ましい。一般に、ポリマーのTgは使用温度より少なくとも10℃下であることが好ましい。(Tgおよび転移領域の幅は、米国特許第5,565,222号に記載されているように動的機械的分析(DMA)測定からの損失タンジェント対温度の曲線から導き出される)。
【0072】
(b)毛管吸引比表面積
大表面積材料を一般的にそれらの毛管吸着吸収容量に基づいて説明してきたが、ここで有用な大表面積ポリマー発泡体はそれらの毛管吸引比表面積(以下、「CSSSA」という)によっても説明することができる。一般的に、CSSSAは、バルク発泡体材料(ポリマー構造材料および固体残留材料)の単位質量当たりの、粒子発泡体を形成するポリマーネットワークの試験液が接触可能な表面積の尺度である。毛管吸引比表面積は、発泡体内のセル単位の寸法およびポリマーの密度の両方によって決定され、従ってこうした表面積が吸収性に関与する程度に対して、発泡体ネットワークによって与えられる固体表面の総量を定量する方法である。ここで有用な発泡体を特徴づけるために、発泡体が貯蔵吸収部材に組み込まれたときには発泡体が粒子の形態である場合であっても、CSSSAは当該発泡体のシートについて測定される。
【0073】
発泡体のCSSSAは、本発明の貯蔵吸収部材の調製に使用される発泡体が必要な毛管吸引をもたらすかどうかに関連がある。これは、発泡体構造内で発生する毛管圧力が毛管吸引比表面積に比例するためである。さらに、CSSSAは、発泡体構造内で適正な毛管圧力が発生し、水性液でぬれるまでつぶれた状態を保つかどうかにも関連がある。他の要因たとえば発泡体密度および付着張力が一定であると仮定すると、このことは、CSSSAが増加(または減少)するにつれて、発泡体構造内の毛管圧力も比例して増加(または減少)することを意味する。
【0074】
本発明のために、CSSSAは既知の質量および寸法の発泡体試料内で発生する低表面張力の液体(たとえばエタノール)の毛管取り込み量を測定することによって決定される。発泡体の比表面積を決定するためのこうした方法の詳細な説明は、米国特許第5,387,207号の試験方法の項に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。CSSSAを決定するための、いかなる合理的な代替法も用いることができる。
【0075】
吸収剤として有用な本発明のつぶれたポリマー発泡体は、少なくとも約3m2/gのCSSSAを有するものである。典型的には、CSSSAは約3〜約30m2/g、好ましくは約4〜約17m2/g、最も好ましくは約5〜約15m2/gの範囲にある。こうしたCSSSA値を有する発泡体(膨張した状態で約0.010〜約0.033m2/gの密度)は一般に、水性液たとえば尿に対して、吸収容量、液体保持、および液体吸上げまたは分配特性の特に望ましいバランスを有するであろう。さらに、こうしたCSSSAを有する発泡体は十分な毛管圧力を発生し、このような水性液でぬれるまで、発泡体をつぶれた膨張していない状態に保つことができる。
【0076】
(c)発泡体構造中での毛管圧力および力
上記で議論したように、特に好ましいつぶれることが可能なポリマー発泡体については、それらのつぶれた状態では、発泡体構造内で少なくとも圧縮されたポリマーの弾性回復または弾性率によって発揮される力と等しい毛管圧力が発生している。言い換えると、つぶれた発泡体を比較的薄く保つために必要な毛管圧力は、圧縮されたポリマー発泡体によって、それが「跳ね返るろうとする」ときに発揮される対抗力によって測定される。ポリマー発泡体の弾性回復傾向は、膨張した発泡体がその最初の膨張した厚さの約1/6(17%)に圧縮され、その後緩和応力値が測定されるまでこの圧縮された状態に維持される場合に、応力−歪み実験から見積もることができる。その代わりに、本発明のために、緩和応力値は、水性液たとえば水と接触しているときに、つぶれた状態にあるポリマー発泡体についての測定から見積もられる。この代替的な緩和応力値は、以下、発泡体の「膨張圧力」と呼ばれる。本発明のつぶれたポリマー発泡体についての膨張圧力は、約50キロパスカル(kPa)以下、典型的には約7〜約40kPaである。発泡体の膨張圧力を見積もるための方法の詳細な説明は、米国特許第5,387,207号の試験方法の項に記載されている。
【0077】
(d)自由吸収容量
本発明に有用な大表面積ポリマー発泡体の他の重要な特性はそれらの自由吸収容量である。「自由吸収容量」(または「FAC」)は、所定の発泡体試料が、試料内の固形材料の単位質量当たり、そのセル構造内に吸収する試験液(合成尿)の総量である。本発明の貯蔵吸収部材において特に有用であるためには、ポリマー発泡体は乾燥発泡体材料のグラム当たり、約30〜約100mL、好ましくは約30〜約75mLの合成尿の自由吸収容量を有しているべきである。発泡体の自由吸収容量を測定するための方法は、米国特許第5,650,222号の試験方法の項以下に記載されている。
【0078】
(e)膨張係数
水性液にさらされると、好ましいつぶれたポリマー発泡体は液体を吸収して膨張する。ポリマー発泡体は、膨張した状態では、ほとんどの他の発泡体よりも多いの液体を吸収する。これらの発泡体についての「膨張係数」は少なくとも約4倍、すなわちその膨張した状態にある発泡体の厚さはそのつぶれた状態にある発泡体の厚さの少なくとも約4倍である。つぶれた発泡体は、好ましくは約4倍〜約15倍、より好ましくは約5倍〜約10倍の範囲の膨張係数を有する。
【0079】
本発明のためには、圧縮して水が除去される発泡体について、膨張した厚さとつぶれた厚さとの関係は、下記の式から経験的に予想することができる。
【0080】
厚さ(膨張)=厚さ(つぶれ)×((0.133×W:O比)±2)
ここで、厚さ(膨張)は膨張した状態にある発泡体の厚さ;
厚さ(つぶれ)はつぶれた状態にある発泡体の厚さ;
W:O比は発泡体が形成されるHIPEの水/油比である。従って、60:1の水/油比を持つエマルションから作られた典型的なポリマー発泡体は、8.0の予測膨張係数、すなわち発泡体のつぶれた厚さの8倍の膨張した厚さを持つであろう。膨張係数を測定するための方法は以下にて米国特許第5,650,222号の試験方法の項以下に記載されている。
【0081】
(f)圧縮たわみ耐性
本発明に有用な大表面積ポリマー発泡体の問題となる機械的特徴は、圧縮たわみ耐性(RTCD)によって決定される、その膨張した状態における強さである。ここで発泡体によって示されるRTCDは、ポリマーの弾性率、並びに発泡体ネットワークの密度および構造の関数である。次に、ポリマーの弾性率は、a)ポリマーの組成;b)発泡体が重合される条件(例えば、特に架橋に関して、得られる重合の完全さ);およびc)ポリマーが、残留材料たとえば工程後に発泡体構造に残る乳化剤によって可塑化される程度、によって決定される:
本発明の吸収部材の大表面積部分として有用であるためには、ポリマー発泡体は、使用中に遭遇する力による変形または圧縮に適当な耐性があるべきである。RTCDに関して十分な発泡体強さを持たない発泡体は、無負荷条件下では必要な毛管吸引容量をもたらすかもしれない、発泡体を含む吸収製品のユーザーの運動および活動によって起される圧縮応力下ではその容量をもたらさないであろう。
【0082】
本発明に有用なポリマー発泡体によって示されるRTCDは、ある閉じ込め圧力下で規定の温度および時間で保持された飽和発泡体からなる試料中で生じる歪みの量を決定することによって定量できる。この特殊なタイプの試験を実施するための方法は、米国特許第5,650,222号の試験方法の項以下に記載されている。ここで有用な発泡体は、好ましくは、65±5ダイン/cmの表面張力を有する合成尿によりその自由吸収容量まで飽和したとき、5.1kPaの閉じ込め圧力が典型的には発泡体構造の圧縮の約90%以下の歪みを生じさせるようなRTCDを示すであろう。好ましくは、こうした条件下で生じる歪みは、約1〜約90%、より好ましくは約1〜約25%、さらにより良ましくは約2〜約10%、さらに好ましくは約2〜約5%の範囲内にあるであろう。
【0083】
(g)垂直吊下げ吸着高さ
また、ここで有用な大表面積ポリマー発泡体はその垂直吊下げ吸着高さ(以下、「VHSH」)によって説明することもできる。X%でのVHSH高さは、発泡体中で0cm容量(すなわちFAC)のX%が保持されている場合の、高さ(cm)である。原理的にはXはいかなる値であってもよいが、重要な代表値は90%でのVHSHである。VHSHに対して最も再現性のある測定は、本発明者らの経験の範囲では、X=90%で達成される。当業者には、この一点での数値が高さに対する容量のプロットで得られる曲線の形状を十分に表すわけではないことは明らかである。しかし、この一点は本発明の発泡体についての実際的な比較点として役立つ。この点で、発泡体は典型的には少なくとも約20cm、好ましくは少なくとも約40cm、さらにより好ましくは少なくとも約60cm、さらにより好ましくは少なくとも約70cm、さらにより好ましくは少なくとも約80cmの、平衡90%VHSHを有するであろう。典型的には、好ましいポリマー発泡体は、約20〜約90cm、より典型的には約60〜約90cm、より典型的には約70〜約90cm、さらにより典型的には約80〜約90cmの、90%VHSHを有するであろう。90%VHSHを測定するための方法は、下記の試験方法の項で詳細に説明される。上記で示したように、浸透吸収剤と組み合わされるときに、大表面積ポリマー発泡体が粒子の形態である場合、90%VHSHは対応するシートの形態の発泡体について(すなわち粒子を形成する前に)測定される。重合プロセス中に発泡体が粒子(すなわちビーズ)に形成される場合は、90%VHSHを評価するために同様の発泡体をシートに成形してもよい。
【0084】
(h)ポリマー発泡体の他の性質
発泡体セル、特に比較的モノマーを含まない水相の液滴を取り囲む、モノマーを含有する油相を重合することによって形成されるセルは、しばしば実質的に形状が球形になる。こうした球状セルのサイズすなわち「径」は、一般に発泡体を特徴づけるために普通に使用されるパラメータである。ポリマー発泡体の所定の試料中のセルは必ずしもほぼ同一サイズではないので、平均セルサイズ、すなわち平均セル径がしばしば特定される。
【0085】
発泡体の平均セルサイズを決定するためには多くの方法を利用できる。しかし、発泡体中のセルサイズを決定するために最も有用な方法には、発泡体試料の走査電子顕微鏡写真に基づく単純な測定が含まれる。
【0086】
ここで与えられるセルサイズの測定値は、例えば米国特許第5,650,222号の図1に示されているように、膨張した状態での発泡体の数平均セルサイズに基づいている。本発明による有用な発泡体は、好ましくは約80μm以下、典型的には約5〜約50μmの数平均セルサイズを有するであろう。
【0087】
「発泡体密度」(すなわち空気中にある発泡体の容積1立方センチメートル当たりの発泡体のグラム)は、ここでは乾燥ベースで特定される。吸収された水溶性残留材料、例えばHIPE重合、洗浄および/または親水性処理後に発泡体中に残る残留塩および液体の量は、発泡体密度を計算および表示するときには無視される。しかし、発泡体密度は、重合された発泡体中に存在する他の水不溶性の残留物質たとえば乳化剤を含む。こうした残留材料は、実際に発泡体材料にとっての有意な質量に寄与する可能性がある。
【0088】
発泡体構造の単位容積当たりの固形発泡体材料の質量の決定法を提供する、どのような適切な重量測定方法も、発泡体密度を測定するために用いられる。例えば上記の1995年2月7日に発行された米国特許第5,387,207号(Dyerら)の試験方法の項により十分に記載されているASTM重量測定方法は、密度決定に使用できる1つの方法である。つぶれた状態において、本発明に有用なポリマー発泡体は、約0.1〜約0.2g/cm3、好ましくは約0.11〜約0.19g/cm3、および最も好ましくは約0.12〜約0.17g/cm3の範囲の乾燥ベースの密度値(いかなる残留塩および/または水も除く)を有する。それらの膨張した状態では、ここで有用なポリマー発泡体は約0.01〜約0.033g/cm3、好ましくは約0.013〜約0.033g/cm3の範囲内の無水ベース密度値を有する。
【0089】
垂直吸い上げ、すなわち重力と反対の方向への液体吸い上げは、ここで有用なポリマー発泡体のために望ましい性能属性である。本発明のためには、垂直吸い上げ速度は材料の透過率、従ってその材料が液体をヒドロゲル形成吸収性ポリマーまたは他の浸透吸収剤へ輸送する能力を反映している。
【0090】
垂直吸い上げ率は、リザーバ内の着色試験液(たとえば合成尿)が、特定サイズの発泡体の試験ストリップを通して5cmの垂直距離を吸い上がるのに要する時間を測定することによって決定される。垂直吸い上げ法は、米国特許第5,387,207号の試験方法の項により詳細に記載されているが、37℃の代わりに31℃で実施される。尿を吸収するために吸収部材に特に有用であるためには、ここで有用な発泡体は、好ましくは約15分間以内で5cmの高さまで合成尿(65+5ダイン/cm)を吸い上げるであろう。より好ましくは、本発明の好ましい発泡体吸収剤は、約10分間以内で5cmの高さまで合成尿を吸い上げる。
【0091】
垂直吸い上げ吸収容量試験は、垂直吸い上げ試験で使用されたのと同じ標準サイズの発泡体試料の各1インチ(2.54cm)の垂直部分に保持される吸収性発泡体1グラム当たりの試験液の量を測定する。こうした決定は一般に、試料が垂直吸い上げ試験液に対して平衡になった後(たとえば約18時間後)に行われる。垂直吸い上げ試験と同様に、垂直吸い上げ吸収容量試験は、上記の1995年2月7日に発行された米国特許第5,387,207号(Dyerら)の試験方法の項により十分に記載されている。高い高さでの高い垂直吸い上げ吸収容量は、理論的には高い高さでの高い毛管吸着吸収容量と等価である。ここで有用な発泡体のシートの形態は前者の試験に対して敏感で、かつ前者の試験はより容易かつ安価で実施されるので、前者の試験からのデータは本発明の発泡体のこの重要なパラメータを特定する手段として推奨される。
【0092】
高い毛管吸引性の発泡体は浸透吸収剤(たとえばヒドロゲル形成吸収性ポリマー)と組み合わせるときにはシートの形態でもよいけれども、特に好ましい実施形態では、ポリマー発泡体は粒子の形態であり、ヒドロゲル形成ポリマーの粒子と混合されて混合物を与える。すなわち、発泡体は最初はシートの形態で調製されてもよいが、これらのシートは発泡体の粒子を与えるために処理し、その後に発泡体をヒドロゲル化ポリマーと組み合わせてもよい。上記で議論したように、ここで有用な発泡体およびそれらの調製のためのプロセスは、米国特許第5,387,207号、米国特許第5,650,222号、「高吸引ポリマー発泡体料(HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS)」と題するT.A.DesMaraisらによって1998年3月13日に出願された同時係属中の米国特許出願第09/042,429号(P&Gケース7052)、および「水性液を分配するための吸収性材料(ABSORBENT MATERIALS FOR DISTRIBUTING AQUEOUS LIQUIDS)」と題するT.A.DesMaraisらによって1998年3月13日に出願された同時係属中の米国特許出願第09/042,418号(P&Gケース7051)に極めて詳細に記載されている。発泡体粒子は、まず最初にこれらの参考文献の教示に従ってシート状の発泡体を形成し、その後望ましい寸法の粒子を提供するために発泡体を機械的に加工処理すること(たとえば粉砕、切削、切断など)によって調製することができる。代わりに、1997年8月5日にLiらに発行された米国特許第5,653,922号および1996年12月10日にLiらに発行された米国特許第5,583,162号(これらの各々の開示は参照により本明細書に組み込まれる)に記載されているように、発泡体粒子をポリマーマイクロビーズの形態にあるエマルションから直接調製していもよい。ポリマー発泡体/ヒドロゲル形成ポリマー混合物を製造するための具体的な実施例は下記でより詳細に議論する。
【0093】
ポリマー発泡体が粒子の形態にある場合、別個のポリマー発泡体の粒子サイズは非常に大きくても非常に小さくてもよく、また種々の粒子サイズの混合物でもよく、特に浸透吸収剤がヒドロゲル形成吸収性ポリマーである場合には部分的に浸透吸収剤のサイズに依存する。乾燥粒子サイズは約1000ミクロンよりも大きくてもよいが、約1000ミクロンより大きい粒子は浸透吸収剤と接触して最適な流体輸送を維持できないと考えられる。乾燥時に測定して、サイズが約1000ミクロンよりも小さい粒子は浸透吸収剤と接触して優れた流体輸送をもたらすと考えられる。また、乾燥粒子サイズは約50ミクロンよりも大きくてもよい。約50ミクロンより小さい質量メジアン粒子サイズの乾燥粒子には、浸透吸収剤に対して高い吸引で液体輸送をもたらすポリマー発泡体の不十分なセル構造が存在すると考えられる。典型的な用途において、乾燥粒子サイズは、乾燥粒子の質量メジアン粒子サイズが約600ミクロン未満であり、典型的には乾燥粒子の質量メジアン粒子サイズが約50〜600ミクロンである。乾燥粒子サイズおよび乾燥粒子の質量メジアン粒子サイズは、前に本明細書のIII.A.1.項においてヒドロゲル形成吸収性ポリマーに関連して議論したように、乾燥ポリマー発泡体を適当なスクリーンを通して乾燥ふるいにかけることにより決定できる。
【0094】
また出願人は、貯蔵吸収部材の浸透吸収剤への尿の輸送を増大させるように、大表面積発泡体がオプションで液体を含んでいてもよいことを見出した。予めぬらす液体は、ポリマー発泡体を部分的に充填し(特定の理論に拘束されることを意図せずに)、発泡体の取り込み速度を増加させると考えられる。理想的には、予めぬらす液体を含むポリマー発泡体は、微生物増殖を防止し、揮発水の損失を防止し、さらに経時的に発泡体から移動しないように水の活性が十分に低ければ、貯蔵安定性があるはずである。水は吸収性能を提供するための予めぬらす液体としては使用できるが、単独では他の要件を満たすことができない。
【0095】
本発明の1つの態様のポリマー発泡体の粒子から水を除去する好ましい方法は一方向性脱水法であり、この方法では粒子が形成される間に湿潤粒子に含まれた水を、各々の粒子から単独の方向へ除去する。下記に記載されている例5の真空脱水法は、一方向性脱水の1つの例である。好ましい粒状ポリマー発泡体材料の一方向性脱水は、一方向性脱水なしの場合にもたらされるであろうよりも、ぬれたときの材料により大きな膨張をもたらし、さらにこの膨張は、浸透吸収剤がポリマー発泡体からの流体を吸収するにつれ、かつポリマー発泡体が流体を吸収するにつれて、ポリマー発泡体と浸透吸収材とのさらなる接触をもたらす。
【0096】
C.オプションの成分および材料
本発明に従った貯蔵吸収部材は吸収性ウェブ内に存在しうる他のオプションの成分を含むことができる。例えば、補強スクリムを貯蔵吸収部材内部、または吸収性コアのそれぞれの吸収部材間に配置することができる。こうした補強スクリムは、特に吸収性コアのそれぞれの吸収部材間に配置された場合には、液体移動に対する界面障壁を形成しないような構造でなければならない。さらに、いくつかのバインダーを用いて、吸収性コアおよび/または吸収性貯蔵部材自体に乾燥および湿潤完全性を与えてもよい。特に、親水性接着繊維を用いて、大表面積材料と浸透吸収材料との結合を与えてもよい。このことは、特に粒状の大表面積材料にとっては重要である。使用されるバインダーの量は、吸収部材の毛管吸着特性を損なわないように、できる限り少ないことが好ましい。しかし、当業者であれば、十分に高い表面積を有する繊維化親水性接着剤のような、吸収部材の毛管吸着特性を増強しうるバインダーもあることがわかるであろう。この場合、大表面積の親水性接着剤は液体処理機能と完全性機能の両方を1つの材料で与えることができる。また、それぞれの吸収部材、または吸収性コア全体を例えばティシューペーパー・シートのような液体浸透性シート内に包み込み、毛管連続性が中断されない限り、遊離した粒状吸収性ポリマーに関する使用者の懸念を未然に防ぐこともできる。
【0097】
含有することのできるその他のオプションのコンポーネントは、臭いをコントロールし、大便などを含有するための材料である。また、粒状浸透吸収剤もしくは大表面積材料を含むいずれかの吸収部材、または吸収性コア全体を例えばティシューペーパー・シートのような液体浸透性シート内に包み込み、遊離した粒状吸収性ポリマーに関する使用者の懸念を未然に防ぐこともできる。
【0098】
IV.他の貯蔵吸収部材の材料と特性
本発明の高い毛管吸引吸収容量の貯蔵吸収部材は、浸透吸収剤(たとえば、上記で説明したヒドロゲル形成吸収性ポリマー)および大表面積材料を含み、他のオプションの成分たとえば熱可塑性材料などを有していても有していなくてもよい。(部材に有用なオプションの材料の包括的でないリストを以下で説明する。)これらの高い吸引容量の吸収部材は、吸収性コアにおいて液体貯蔵部材として機能することができる。こうした流体貯蔵部材の主要機能は、直接にまたは他の吸収部材(たとえば液体捕捉/分配部材)から排出された体液を吸収した後、着用者の運動の結果として通常遭遇する圧力を受けた場合でさえ、こうした流体を保持することである。しかし、このような吸収部材は液体貯蔵以外の機能を果たし得ることを理解すべきである。
【0099】
吸収部材に含まれるヒドロゲル形成吸収性ポリマーまたは他の浸透吸収剤の量はかなり変動しうる。さらに、ヒドロゲルの濃度は、その部材の全体にわたって変動しうる。言い換えると、1つの部材は比較的高いおよび比較的低いヒドロゲル濃度の領域を有していてもよい。理論に拘束されることを意図することなく、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーまたは他の浸透吸収剤と混合される大面積材料の最少量は、乾燥および湿潤状態においてヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子または他の浸透吸収剤の隙間のスペースを機能的な程度まで充填し、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーに毛管の連続性および十分な液体流動をもたらすのに十分でなければならないと考えられる。
【0100】
浸透吸収剤がヒドロゲル形成吸収性ポリマーの形態である好ましい実施形態において、吸収部材の所定領域における濃度を測定するには、ヒドロゲル形成ポリマーとヒドロゲル化ポリマーを含有する領域に存在するあらゆる他の成分(例えば、繊維、ポリマー発泡体など)の合計重量に対するヒドロゲル形成ポリマーの重量パーセントを使用する。このことを考慮して、本発明の吸収部材の所定領域におけるヒドロゲル形成吸収性ポリマーの濃度は、吸収部材の総重量を単位として、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、または少なくとも約90%でありうる。(他の浸透吸収剤を用いた場合にも同様の範囲を適用する)。
【0101】
吸収部材の領域が比較的高濃度のヒドロゲル形成吸収性ポリマーまたは他の浸透吸収剤を含有していてもよいという事実にもかかわらず、大表面積材料の本質的に繊維質である場合には、その部材は合計基準(すなわち、部材中で用いられているヒドロゲル形成吸収性ポリマーの総重量を吸収部材の総重量で割って100%を掛けたもの)で少なくとも25重量%の大面積繊維を含むであろう。約25%の繊維という下限は、吸収部材に必要な毛管吸引を与えるために必要であると考えられる。好ましくは、貯蔵吸収部材は、少なくとも約30重量%、より好ましくは少なくとも35重量%の大表面積繊維を含むであろう。本発明の吸収部材は、凝集体ベースで、典型的には約25〜約90重量%、より典型的には約30〜約85重量%、さらにより典型的には約35〜約80重量%の大表面積繊維を含むであろう。
【0102】
大表面積材料がポリマー発泡体である実施形態では、吸収部材は好ましくは重量で少なくとも約1%(合計基準で)のポリマー発泡体を含む。上記で説明した大表面積繊維の量に対して、非常に少ないレベルのポリマー発泡体を使用できることは、これらの発泡体の非常に低い密度、発泡体が連続気泡になっているという事実、発泡体自体が全体的な吸収容量に寄与することなどを含む、種々の要因によると考えられる。貯蔵吸収部材は、好ましくは、重量で少なくとも約10%、より好ましくは重量で少なくとも約15%、さらにより好ましくは重量で少なくとも約20%のポリマー発泡体を含有するであろう。典型的には、こうした貯蔵吸収部材は、重量で約1〜約98%、より典型的には重量で約10〜90%、さらにより典型的には重量で約15〜約85%、さらにより典型的には重量で約20〜約80%のポリマー発泡体材料を含有するであろう。上記で説明したように、これらの重量%の範囲は吸収部材におけるそれぞれの材料の合計重量に基づいている。吸収部材の領域はより多いおよびより少ない量の材料を含んでいてもよいことがわかっている。
【0103】
当然ながら、浸透吸収剤(たとえばヒドロゲル形成吸収性ポリマー)および大表面積材料の相対レベルは、例えば浸透吸収剤の吸収容量、使用される具体的な大表面積材料、大表面積材料の性質(たとえばシートまたは粒子の発泡体、粒子サイズ)などによって決定される。これに関して、高レベルの浸透吸収剤は、上記で説明した必要なレベルの毛管吸引を達成するために、薄い吸収体を製造するための吸収部材をもたらすが、こうした吸引容量をもたらすためには十分な大表面積材料がなければならない。理論に拘束されることを意図することなく、上記で説明した好ましいつぶれることができるポリマー発泡体材料の3つの主要な特性により、これらの発泡体は高い吸引性の貯蔵吸収部材に特に有効に機能すると考えられる。これらの3つの特性は、(i)比較的低い密度、(ii)それ自身の内部で液体を容易に分配する能力、および(iii)つぶれたままであるが、その後、好ましいヒドロゲル形成吸収性ポリマーが液体を吸収して膨潤したときに、それとともに十分な液体を吸収して膨張する能力、である。後者の性質は、発泡体材料と流体を吸収する部材としてのヒドロゲル形成粒子との接触を維持させる。
【0104】
本発明の代表的な貯蔵吸収部材を、図5、図6および図7の顕微鏡写真により示す。図5を参照すると、102で示される粒状の親水性ポリマー発泡体材料と、106で示される粒状のヒドロゲル形成吸収性ポリマーとが互いに接触している。また、110として指示され示されているのは接着剤フィラメントであり、これは構造に完全性を与え、発泡体粒子102とヒドロゲル形成ポリマー粒子106との接触を維持する。図6を参照すると、単独のヒドロゲル形成ポリマー116が、一般的に114として示されている多数のフィブレットにより包囲されている。最後に、図7においては、単独のヒドロゲル形成ポリマー126が、一般的に125として示されている複数のガラス繊維により包囲されている。
【0105】
大表面積材料およびヒドロゲル形成吸収性ポリマーに加えて、本発明の貯蔵吸収部材は他のオプションの材料を含有していてもよい。たとえば、必要な材料の混合物の完全性を与えるために、貯蔵吸収部材は接着剤またはバインダー材料を含有していてもよい。このような材料は、大表面積材料が本質的に粒状である場合には、特に望ましい。
【0106】
バインダー材料により完全性を導入する場合、好適なバインダーは、たとえば米国特許第5,560,878号(19996年10月1日に、Dragooらに対して発行)に記載されているメルトブローされた接着剤であり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。メルトブローされた接着剤を必要なヒドロゲル形成吸収性ポリマーおよび大表面積材料を組み合わせる方法も、’878特許に詳細に記述されている。
【0107】
ヒドロゲル形成ポリマーと大表面積繊維および/または粒状ポリマー発泡体の混合物を含有する吸収部材において、混合物の完全性をもたらす材料の他の例として、部材は熱可塑性材料を含有していてもよい。融解すると、この熱可塑性材料の少なくとも一部は、典型的には粒子間もしくは繊維間の毛管勾配のために、それぞれの部材要素の交差点へ移動する。これらの交差点は熱可塑性材料のための結合部位になる。冷却されると、これらの交差点にある熱可塑性材料は硬化して材料のマトリックスを一緒に保持する結合部位を形成する。
【0108】
ここで有用なオプションの熱可塑性材料は、粒子、繊維、または粒子および繊維の組合せを含む様々な形態のいずれであってもよい。熱可塑性繊維は、数多くの結合部位を形成する能力のために、特に好ましい形態である。好適な熱可塑性材料は、吸収部材を構成する材料を広汎に損傷させない温度で融解させることができるいかなる熱可塑性ポリマーからなっていてもよい。好ましくは、この熱可塑性材料の融点は約190℃未満、および好ましくは約75℃〜約175℃の間である。いずれにしても、この熱可塑性材料の融点は、熱的に結合した吸収構造体が、吸収製品に用いられた場合に貯蔵されると思われる温度より低くてはならない。熱可塑性材料の融点は、典型的には約50℃以上である。
【0109】
熱可塑性材料、特に熱可塑性繊維は、例えばポリエチレン(たとえばPULPEX(登録商標)およびポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリエステル、コポリエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸エチルビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリレート、ポリアミド、コポリアミド、ポリスチレン、ポリウレタンおよび例えば塩化ビニル/酢酸ビニルのような上記のいずれかの共重合体などを含む様々な熱可塑性ポリマーからなっていてもよい。1つの好ましい熱可塑性バインダー繊維は、PLEXAFIL(登録商標)ポリエチレン超極細繊維(デュポン(DuPont)社製)であり、これは商標KITTYHAWK(登録商標)(ウェイアーハウザー社(Weyerhaeuser CO.)製)として販売されている80%セルロース系繊維との約20%混合物としても入手できる。得られる熱結合吸収部材にとって望ましい性質に依存して、好適な熱可塑性材料は親水性にした疎水性繊維、例えばポリエチレンもしくはポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリアクリル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリウレタンなどから誘導され、界面活性剤処理もしくはシリカ処理された熱可塑性繊維を含む。疎水性熱可塑性繊維の表面は、非イオン性もしくはアニオン性界面活性剤のような界面活性剤を用いた処理、例えば繊維に界面活性剤をスプレーするか、界面活性剤に繊維を浸漬するか、または熱可塑性繊維を製造するときに溶解されたポリマーの一部として界面活性剤を含めることによって、親水性にすることができる。融解および再凝固すると、界面活性剤は熱可塑性繊維の表面にとどまる傾向を示すであろう。好適な界面活性剤には、デラウエア州ウィルミントンのICIアメリカズ社(ICI Americas,Inc.)によって製造されたBrij(登録商標)76のような非イオン性界面活性剤、およびコネティカット州グリニッチのグリコ・ケミカル社(Glyco Chemical,Inc.)によって商標ペゴスパース(Pegosperse)(登録商標)の下で販売されている様々な界面活性剤が含まれる。非イオン性界面活性剤の他に、アニオン性界面活性剤も使用できる。これらの界面活性剤は例えば熱可塑性繊維1平方センチメートル当たり約0.2〜約1gのレベルで熱可塑性繊維に適用することができる。
【0110】
好適な熱可塑性繊維は単独のポリマーなっていてもよいし(一成分繊維)、1より多いポリマーからなっていてもよい(たとえば二成分繊維)。本明細書で用いる限りでは、「二成分繊維」は1種のポリマーからなるコア繊維で異なるポリマーからなる熱可塑性シース中に入れられたものを有する熱可塑性繊維を意味する。シースを構成するポリマーはしばしば、コアを構成するポリマーとは異なる、典型的にはより低い温度で融解する。その結果として、これらの二成分繊維はシースポリマーの融解による熱的結合をもたらし、一方でコアポリマーの望ましい強度特性を保持する。
【0111】
本発明で使用される好適な二成分繊維には、下記のポリマー組合せを有するシース/コア繊維が含まれる。ポリエチレン/ポリプロピレン、ポリ酢酸エチルビニル/ポリプロピレン、ポリエチレン/ポリエステル、ポリプロピレン/ポリエステル、コポリエステル/ポリエステルなど。ここで使用される特に好適な二成分熱可塑性繊維は、ポリプロピレンまたはポリエステルのコアと、より低融点のコポリエステル、ポリ酢酸エチルビニルまたはポリエチレンのシースを有するものである(たとえばDANAKLON(登録商標)、CELBOND(登録商標)またはCHISSO(登録商標)二成分繊維)。これらの二成分繊維は同心性であっても偏心性であってもよい。本明細書で使用する限りでは、「同心性」および「偏心性」という用語は、シースが二成分繊維の断面を通して一様なまたは一様でない厚さを有するかどうかをいう。偏心性二成分繊維は、繊維の厚さがより小さくて、より高い圧縮強さをもたらすため好ましい。ここで使用される好適な二成分繊維はけん縮していなくても(すなわち曲げていなくても)、けん縮していてもよい(すなわち、曲げていてもよい)。二成分繊維は、典型的には例えば主としては二次元のすなわち「フラットな」けん縮を達成するためのスタッファー・ボックス法またはギア・クリンプ法のような典型的な織物手段によってけん縮させることができる。
【0112】
熱可塑性繊維の場合、それらの長さはこれらの繊維に望まれる具体的な融点および他の特性に依存して変動しうる。典型的には、これらの熱可塑性繊維は約0.3〜約7.5cm、好ましくは約0.4〜約3.0cm、および最も好ましくは約0.6〜約1.2cmの長さを有する。また、これらの熱可塑性繊維の融点を含む特性は、繊維の径(キャリパー)を変化させることによって調整できる。これらの熱可塑性繊維の径は、典型的にはデニール(9,000メートル当たりのグラム数)またはデシテックス(10,000メートル当たりのグラム数)のいずれかによって定義される。好適な二成分熱可塑性繊維は、約1.0〜約20、好ましくは約1.4〜約10、および最も好ましくは約1.7〜約3.3の範囲のデシテックスを持っていてもよい。
【0113】
これらの熱可塑性材料、特に熱可塑性繊維の圧縮弾性率も重要でありうる。熱可塑性繊維の圧縮弾性率はそれらの長さおよび径だけではなく、それらが作られるポリマーまたはポリマーの組成および特性、繊維の形状や構造(たとえば同心性または偏心性、けん縮されているかけん縮されていないか)などの要因によっても影響を受ける。これらの熱可塑性繊維の圧縮弾性率における差は、吸収性コアの調製中にそれぞれの吸収部材の特性、および特に密度特性を変化させるために使用できる。
【0114】
この技術分野で公知の他の材料も、十分に低いレベルで含まれ必要な毛管吸引特性が達成されるならば、吸収貯蔵材料に含まれていてもよい。本発明の貯蔵部材に含まれていてもよいオプションの材料は、通常ヒドロゲル形成吸収性ポリマーと組み合わされる繊維質材料である。たとえば、木材系の繊維が、合成繊維と同様に、含まれていてもよい。しかし、このような材料は、大表面積材料とヒドロゲル形成吸収性ポリマーを含む貯蔵部材の毛管吸引容量を減らす傾向があるので、部材がまだ望ましい毛管吸引吸収容量をもたらすように、これらは比較的低いレベルで含まれる。実際、それらがバルクで添加され重量基準で毛管吸着吸収容量を減らす限りは、このような繊維の使用は除外することが好ましい。
【0115】
ヒドロゲル形成ポリマー(または他の浸透吸収剤)と大表面積材料とを組み合わせるためには、この技術分野で公知の多くの方法を使用することができる。もちろん、大表面積材料およびヒドロゲル形成吸収性ポリマーの物理的形態(たとえば繊維質、粒状など)は、少なくともある程度、特定の貯蔵吸収部材の具体例を形成するためにどの方法を用いるかを決定する。
【0116】
1つの実施形態においては、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子を繊維質材料に固着させ、製造、貯蔵および/または着用中の望ましくない粒子の移動を防止する。吸収材粒子を溶融したポリマー材料に付着させることは、欧州特許公報EP156,160に記載されており、この方法では溶融ポリマー材料を押し出してメルトブローされたポリマー極細繊維を作り、それらがまだ粘っこい間に、吸収剤粒子をその中へ入れてそれらを繊維に接着させる。
【0117】
メルトブローされたウェブ中に粒状吸収剤材料を取り込む方法は、米国特許第4,923,454号(その中では極細繊維含有ポリマーと吸収製品、さらに湿潤可能な親水性ナイロンのメルトブローされた極細繊維とヒドロゲル形成ポリマー粒子が開示されている)、および米国特許第4,773,903号(その中ではメルトブローされた極細繊維とヒドロゲル形成ポリマー粒子とけん縮されたステープル繊維と親水化試薬が開示されている)に開示されている。これらの特許の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0118】
大表面積材料およびヒドロゲル形成吸収性ポリマーを、4,764,325に一般的に記載された方法により取り込むことも可能であり、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【0119】
本発明の貯蔵吸収部材のベース重量は重要ではなく、部材の最終用途(すなわちたとえば女性の衛生製品、幼児のオムツ、大人の失禁製品、または包帯への組み込み)に応じて変化するが、部材は典型的には約5〜約3000g/cm2、または約40〜約2500g/cm2、または約100〜約2000g/cm2、または約150〜約1500g/cm2、または約250〜約1000g/cm2のベース重量を有する。
【0120】
説明したように、特に好ましい貯蔵吸収部材は高い毛管吸引性のポリマー発泡大河大表面積材料として用いられているものである。1つの実施形態において、ポリマー発泡体は粒子の形態であり、粒状ヒドロゲル形成吸収性ポリマーと混合されて均質な混合物を形成する。図10はこのような均質な混合物を作る装置320の概略的な構成図である。図10を参照すると、吸収部材を調製するには、第1の供給源301から第1の計量装置302へ粒状ポリマー発泡体を導入し(オプションで、装置302は計量された粒状発泡体の、ラインへの量を特定の時間にわたる装置からの重量差に基づいて制御する、流動床損失重量システムである)、第2の供給源303から第2の計量装置304へ粒状ヒドロゲル形成ポリマーを導入する(オプションで、装置304はおむつおよび婦人用衛生ナプキンの商業的製造業者において普通に用いられている重量/損失計量システム;たとえばAcrison社、Moonachi、ニューヨーク州から入手できる重量/損失計量システムである。この工程により製品中におけるヒドロゲル形成ポリマーのベース重量が設定される)。ポリマー発泡体粒子およびヒドロゲル形成ポリマー粒子は単独のミキシングチャンバー305へ導入される。ミキシングチャンバー305内で、2つの成分の均質混合物が作られる。その後、この混合物は空気流306(粒子の動力学エネルギーを増加させるために、たとえばベンチュリエダクターを用いる)を用いて、307から発生する繊維質接着剤流を通して輸送される。代わりに、比較的均質な混合物を生成し、材料をいっしょに結合または結着させ、空気流306へ導入される自由流動混合物を得ることが可能な何らかの技術により、発泡体およびヒドロゲル形成ポリマーの一部を「凝集」させてもよい。繊維質接着剤流は、たとえばJ&M Laboratories社、Dawsonville、GAから入手できるようなメルトブロー接着システムを経由して導入してもよい。繊維質接着剤流は、ポリマー発泡体の粒子とヒドロゲル形成ポリマーとをからませて、一般的に308として示される複合材を形成する。たとえばFox(Dover、ニュージャージ州)のベンチュリエダクターの入口チャンバーでは、均質混合が実現できるとみなされる。チャンバー305内で均質混合が実現できない場合には、粒状発泡体および粒状ヒドロゲル形成ポリマーを307から輸送される繊維質接着剤といっしょにするために、2つの別個の輸送流が必要になるかもしれない)。その後、オプションで複合材308を、装置309を経由して導入される第1のウェブ309と装置310を経由して導入される第2のウェブ310との間に配置して吸収貯蔵部材311を形成する。その後、吸収貯蔵部材311の全体を(たとえばロータリーニップを用いて)圧縮し、部材の目標の密度と厚さを達成してもよい。
【0121】
大表面積フィブレットを浸透吸収剤(たとえば粒状ヒドロゲル形成吸収性ポリマー)といっしょにするために、前のパラグラフで説明したのと同様なプロセスを用いることができる。すなわち、フィブレットを図10に示される第1供給源301と同様な装置を経由して導入してもよい。繊維とヒドロゲル形成ポリマートをいっしょにする他の周知の方法を用いてもよい。このような複合材を調整するための代表的な手段は、下記の例1で説明される。
【0122】
粒状ポリマー発泡体およびヒドロゲル形成ポリマーを混合し加速する変わりの方法では静電力を利用する。この実施形態においては、2種の材料を「帯電」され、それらの間に引力を発生させる。この力は、2種材料の均質な混合物を作るのに用いられ、潜在的には接着剤流を通してのブレンドを加速する推進力を生じさせ、その結果工程空気流の一方を除いてもよくする。
【0123】
他の好ましい実施形態においては、粒状ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを2つのポリマー発泡体シートの間に配置する。その後、この層状積層体をマシン方向および/またはクロス方向に操作して(たとえばその厚みを完全に切断して)シートをストリップまたはピースに分離して、層状積層体の小さな切片からなる貯蔵吸収部材を与える。(切断の前に形成された層状構造も貯蔵吸収部材として有用であり、商業規模の製造に関しては利点をもたらしうることに注意されたい。しかし、出願人はさらに加工することにより高い吸引高さで特に高い毛管吸着吸収容量を有する貯蔵吸収部材を提供できることを見出した)。図11はこのような層状積層体を作るための装置を示し、図12は本発明の吸収貯蔵部材として使用できる切断された層状積層体を示す。図11に示される装置420を参照すると、ポリマー発泡体シート402からなる第1の張設シートをこの技術分野で周知の何らかの手段により計量する。別に、粒状ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを計量装置403により計量する(オプションで、装置304はおむつおよび婦人用衛生ナプキンの商業的製造業者において普通に用いられている重量/損失計量システム;たとえばAcrison社、Moonachi、ニューヨーク州から入手できる重量/損失計量システムである)。ヒドロゲル形成ポリマーは計量されてアクセラレーター404(たとえばベンチュリエダクターまたは流動床たとえばNordson社、アトランタ、GAから入手できるFlexispray(登録商標)タイプのシステム)に入れられ、空気流により、405から運ばれる繊維質(好ましくは親水性)接着剤406(たとえばNational Starch、Bridgewater、ニュージャージーからのCycloflex(登録商標)34−5652)に向かって輸送される。繊維質接着剤はヒドロゲル形成ポリマーの粒子をからませてそれらを不動化し、混合物407を形成する。繊維質接着剤とヒドロゲル形成ポリマーがいっしょになる位置からわずかに下流で、第2のポリマー発泡体の張設シート408を計量する。粒子/接着剤混合物407の運動量により混合物がニップポイント409に運ばれ、シート402および408が積層される。これは2つのポリマー発泡体材料のシートの間にサンドイッチされたヒドロゲル形成ポリマーおよび接着剤の層を有する層状複合体410をもたらす。その後、この複合体410を不織布材料411と積層し、この積層体をフォールディングボード412に導入する。これは不織布411を複合体410の周りに重ねる(好ましくは「e」フォールド)。(不織布材料は次のリフォーム操作の間に複合体に完全性を与え、最終構造にもさらに完全性を与える)。その後、ラップした複合体を第1のリフォーミング装置413および第2のリフォーミング装置414に導入する。リフォーミング装置413および414では、多数の方向にせん断面を適用することにより、ラップした複合体が選択的に切り離される。せん断面はラップした複合体を、ポリマー発泡体およびヒドロゲル形成ポリマー/繊維質接着剤層からなるカラムに切り裂く。また、このリフォーミング操作は、せん断面の近くの不織布を含み、複合体のベース重量を減らす。
【0124】
上記の操作により形成される好ましい複合体の物理的な特徴を完全に理解するために、図12に、装置413および414でリフォーミングを受けた後の複合体410を詳細に示す(不織布ラップは図示せず)。この実施形態において、1つのリフォーミング装置は複合体をクロス方向においてその全厚みを完全に切断していくつかのストリップにし、他のリフォーミング装置は複合体をマシン方向においてその全厚みを完全に切断する。結果は、451で示される多数の別個の層状カラムからなる複合体である。これらのカラム451の1つを拡大図で図13に示す。この図は、各カラム451が、ポリマー発泡体材料からなる「立方体」454および455の間にサンドイッチされた、452で示されるヒドロゲル形成粒子、および453で示される繊維質接着剤を含むことをより明確に示している。ヒドロゲル形成吸収性ポリマーとポリマー発泡体材料との界面を補強するために、装置413および414におけるリフォームの間および/または後に、複合体410に軽い混合を加えてもよい。
【0125】
V.吸収製品
本発明の高い吸引性の貯蔵吸収部材は、さまざまの吸収製品のための吸収構造(例えば、吸収性コアまたはコア要素)の貯蔵部分として特に有用である。本明細書では、「吸収製品」により、製品の失禁着用者または使用者により排出されるかなりの量の尿、メンス、または水性の糞便(流動性の排便)のような他の流体(すなわち液体)を吸収することが可能である消費者用製品を意味する。その様な吸収製品の例には、使い捨ておむつ、失禁着衣、タンポンおよび生理用ナプキンのような生理用品、使い捨てトレーニングパンツ、ベッドパッドなどが含まれる。本明細書の貯蔵吸収部材は、おむつ、失禁パッドまたは着衣、被服のシールドなどの様な製品における使用にとって特に適切である。
【0126】
その最も単純な形態において、本発明の吸収製品は本発明の貯蔵吸収部材のみを含んでいればよいが、典型的には相対的に液体不透過性の裏打ちシート、および高い吸引性の貯蔵部材を含む。他の単純な形態においては、吸収製品は裏打ちシート、捕捉材料、および高い吸引性の貯蔵部材のみを含んでいればよい。要素は、捕捉材料が、吸収製品の着用者の液体排出物を捕捉するように結合される。本明細書において説明した高吸引部材は、捕捉部材または捕捉部材と液体または毛管連絡するいずれかの液体分配部材と液体連絡するように配置される。液体不透過性の裏打ちシートは、吸収製品の中に液体を保持することを補助する、約1.5ミル(0.038mm)の厚さを有する例えばポリエチレンまたはポリプロピレンのようないずれの材料からなっていてもよい。
【0127】
より普通には、それらの吸収製品は、着用者の皮膚に触れる吸収製品の側面を覆う液体透過性トップシート要素も含む。この構成において、製品は、裏打ちシートとトップシートとの間に位置する本発明の1またはそれ以上の液体貯蔵吸収部材を有する吸収性コアを含む。液体透過性トップシートは、実質的に多孔性であり、体液が下にある吸収性コアに容易に通過することを可能とする、ポリエステル、ポリオレフィン、レーヨンなどの様ないずれの材料からなっていてもよい。トップシート材料は、好ましくは、トップシートと着用者の皮膚とのあいだの接触領域で水性液体を保持する傾向を有さない。
【0128】
本発明の貯蔵吸収部材に加えて、ここでの吸収製品の吸収性コアは他の例えば通常の要素または材料からなっていてもよい。ここでの吸収部材と他の吸収性材料の組み合わせを含む1つの態様において、吸収製品は、本発明の1またはそれ以上の貯蔵吸収部材を含むコア層が他の吸収構造または材料を含む1またはそれ以上の追加の別のコア層と組み合わせで用いられ得る多層吸収性コア構成を用いてもよい。それらの他の吸収構造または材料は、例えば、木材パルプまたは他のセルロース性繊維の空気載置または湿式載置ウェブを含んでいてもよい。また、それらの他の吸収構造は、例えば1996年10月8日に発行された米国特許第5,563,179号(ストーンら)において開示されている(その開示は参照により本明細書に組み込まれる)もののような液体捕捉/分配部材として有用な吸収性発泡体またはさらにスポンジのような発泡体を含んでいてもよい。
【0129】
好ましい態様は、さまざまの吸収性コア要素の更なる分離を伴う。この好ましい吸収性コアは、最初の急速な液体噴出を処理するために着用者の股部のまわりにのみ捕捉層を有する。分配層は、股部から液体を吸い上げるように、捕捉層の前および後に垂直に配置される。貯蔵層は、腰部の前および後の近くの位置に配置され、分配材料とのみ接触する。貯蔵吸収部材は、重力による力および分配材料の脱着圧力による力の両方に打ち勝って、分配層から液体を吸収できなければならない。その様に描写された製品は、液体を失禁のあいだに与えられる時間内に股部から除去し、捕捉領域が比較的乾燥されたままにし、更なる液体の取り込みのための準備をする。このことは、さらに、着衣の形を維持し、よりすぐれた皮膚の健康のために股部を比較的乾燥したままにする。同時係属中の米国特許出願第08/825,072(1997年3月27日にG.Youngらにより出願された)、同時係属中の米国特許出願第08/825,071(1997年3月27日にG.LaVonらにより出願された)、および同時係属中の米国特許出願第08/826,208(1997年3月27日にG.Youngらにより出願された)も参照されたい。これらは参照により本明細書に組み込まれる。
【0130】
図1は、トップシート61とバックシート62が同じ広がりを持ち、吸収性コア28の寸法より一般的に大きな長さおよび幅寸法を有するおむつ60の好ましい態様を示す。トップシート61はバックシート62と結合し、バックシート62上に重ねられ、それによりおむつ60の周辺を形成する。周辺は、おむつ60の外側の周囲またはエッジを規定する。
【0131】
トップシート61は柔順であり、柔軟な感触があり、着用者の皮膚に刺激がない。さらに、トップシート61は液体透過性であり、液体がその厚さを容易に貫通することを可能にしている。適切なトップシート61は、多孔性発泡体、網状発泡体、開孔されたプラスチックフィルム、天然繊維(例えば、木材または綿繊維)、合成繊維(例えば、ポリエステルまたはポリプロピレン繊維)または天然および合成繊維の組み合わせのような広範な材料から製造され得る。典型的には、トップシート61は、吸収性コア10の中の液体から着用者の皮膚を隔離するために疎水性材料で作られる(初期に親水性になるように処理される)。親水性処理により、トップシートの初期ぬれ性が生じ、液体放出物がトップシートを通過できるようになる。特に好ましいトップシート61は、デラウエア州ウィルミントン(Wilmington)のハーキュレス,Inc.により販売されるハーキュレスタイプ151ポリプロピレンのような約1.5のデニールを有するステープル長のポリプロピレン繊維を含む。ここで用いられるものとして、「ステープル長の繊維」と言う用語は、少なくとも約15.9mm(0.62インチ)の長さを有する繊維をいう。
【0132】
トップシート61を製造するために用いられる多数の製造技術が存在する。例えば、トップシート61は、織布、不織布、紡糸結合布、梳綿布等であり得る。好ましいトップシートは、布帛技術の当業者にとって周知の手段により梳綿され、熱的に結合される。好ましくは、トップシート61は、平方メートル当たり約18から25グラムの重量、マシン方向にセンチメートル当たり少なくとも約400グラムの最小乾燥引張り強度、クロスマシン方向にセンチメートル当たり少なくとも約55グラムの湿潤引張り強度を有する。
【0133】
着用者の皮膚に最も近い材料としてトップシートを有することは好ましいけれども必要ではない。適切な吸収性コア形状は、トップシートなしで用いられ得るであろうし、さらに、快適さおよび吸収性並びに製造上の単純さおよび材料コストの節約のような望ましい結果をもたらすことが考えられる。例えば、吸収性コアそれ自体の身体側表面は、別のトップシートの代わりになる液体透過性の、柔軟な、柔順な、刺激のない材料で作られ得るであろう。その様な吸収性コアは、吸収製品における快適さと吸収性を提供するために、バックシートと組み合わせで用いられる必要があるのみであろう。
【0134】
バックシート62は、液体に対して不透過性であり、他の可撓性液体不透過性材料もまた用いられ得るけれども、薄いプラスチックフィルムから好ましくは製造される。バックシート62は、吸収性コア10において吸収され、含まれている滲出物が、ベッドシーツおよび下着のようなおむつ60に接触する製品を濡らすことを防止する。好ましくは、バックシート62は、他の可撓性液体不透過性材料が用いられ得るけれども、約0.012mm(0.5ミル)から約0.051センチメートル(2.0ミル)の厚さを有するポリエチレンフィルムである。ここで用いられるものとして、「可撓性」という用語は、柔順であり、着用者の身体の一般的形態および輪郭に容易に合致する材料をいう。
【0135】
適切なポリエチレンフィルムは、モンサント・ケミカル・コーポレーションにより製造され、フィルム番号8020の名称で販売される。バックシート62は、好ましくは、より布らしい外観を与えるようにエンボス加工および/またはつや消し仕上げされる。さらに、バックシート62は、滲出物がバックシート6を通過することをいまだ防止しながら、蒸気が吸収性コア28から出て行くことを可能にして、「呼吸可能」であり得る。極めて呼吸性であるが液体に対して実質的に不透過性であるバックシートはある種の吸収製品について望ましいであろうと思われる。
【0136】
バックシート62の大きさは、吸収性コア28のサイズおよび選択された実際のおむつの設計により規定される。好ましい態様において、バックシート62は、おむつ全体の周囲に少なくとも約1.3センチメートルから少なくとも約2.5センチメートル(約0.5から約1.0インチ)の最小距離で吸収性コア28を越えて伸びる変形砂時計形を有する。
【0137】
トップシート61およびバックシート62はいずれか適切な方式で互いに結合する。ここで用いられるものとして、「結合する(joined)」と言う用語は、トップシート61を直接バックシート62に固着することによりトップシート61が直接バックシート62に結合する形状およびトップシート61を中間部材に固着させ、それが次いでバックシート62に固着することによりトップシート61が間接的にバックシート62に結合する形状を包含する。好ましい態様において、トップシート61およびバックシート62は、接着剤または当該技術において公知のいずれか他の付着手段のような付着手段(図示せず)によりおむつの周囲に互いに直接固着する。例えば、接着剤の均一連続層、接着剤のパターン化された層、または接着剤の分離した線または点の配列がトップシート61をバックシート62に固着するために用いられ得る。
【0138】
テープタブファスナー65は、典型的には、着用者におむつを保持するための固定手段を与えるためにおむつ60のウエストバンド領域63に付与される。図示されているテープタブファスナー65は単に例示である。テープタブファスナーは、参照により組み込まれる1974年11月19日に発行された米国特許第3,848,594号(ビュエル)において開示されるファスナーテープのような当該技術において周知のもののいずれかであり得る。それらのテープタブファスナーまたは他のおむつファスナー手段は、典型的には、おむつ60のコーナー近くに付与される。
【0139】
弾性部材69は、弾性部材が着用者の脚部に当接しておむつ60を引張り、保持しやすいように、おむつ60の周囲に隣接して、好ましくはそれぞれの縦エッジ64にそって配置される。また、弾性部材67は、脚部カフスと同様にまたはそれよりもむしろウエストバンドを提供するようにおむつ60のウエストバンド領域63の一方または両方に近接して配置してもよい。例えば、適切なウエストバンドは、参照により組みこまれる1985年5月7日に発行される米国特許第4,515,595号(キエビット(Kievit)ら)において開示されている。また、弾性的に収縮性の弾性部材を有する使い捨ておむつを製造するために適切な方法および装置は、参照により組み込まれる1978年3月28日に発行された米国特許第4,081,301号(ビュエル)において記載されている。
【0140】
弾性部材は、通常の抑制されていない形状で、弾性部材がおむつ60を有効に収縮させ、またはギャザリングするように弾性的に収縮性の状態でおむつ60に固定される。弾性部材は、少なくとも2つの方式で弾性的に収縮性の状態で固定され得る。例えば、弾性部材は、おむつ60が収縮されていない状態で存在する間に伸長し、固定され得る。代わりに、おむつ60は、例えば、ひだ付けにより収縮し得るし、弾性部材は、弾性部材がその弛緩していないかまたは伸長していない状態で存在する間におむつ60に固定され接続され得る。弾性部材は、おむつ60の長さの一部にそって伸長し得る。代わりに、弾性部材は、おむつ60の全長に、または弾性的に収縮性の線を与えるのに適切ないずれか他の長さに伸び得る。弾性部材の長さはおむつの設計により規定される。
【0141】
使用時に、おむつ60は、着用者の背中の下に一方のウエストバンド領域を配置し、他方のウエストバンド領域が着用者の前方にわたって配置されるように着用者の脚部のあいだにおむつ60の残りを引っぱることにより着用者の身に付ける。次いで、テープタブ65または他のファスナーが、好ましくは、おむつ60の外側に面する領域に固定される。使用時に、本発明の貯蔵吸収部材を含む使い捨ておむつまたは他の吸収製品は、吸収部材の高い吸収容量および高い吸引容量により、より効率的に液体を貯蔵し、乾燥を保ちやすい。
【0142】
使い捨ておむつ60において吸収性コアとして用いられるとき、本発明によるコア28の好ましい態様は、捕捉ストリップ52がトップシート61と液体連通し、急速に捕捉し、着用者の身体から身体滲出物を吸収性分配ストリップ51に分配する役割をするように位置する。トップシート61への捕捉ストリップ52の接着剤結合は、界面結合を提供し、トップシートの分離が液体流を妨げることを防止することにより液体連通を高め得る。分配材料51は、液体をコア28のxおよびy次元に動かし、続いて、10として一般的に示される本発明の貯蔵吸収部材である液体貯蔵要素により脱着される。要素52および51は一般的に、直線で囲まれ、等しいサイズのものとして示されているけれども、他の形態および大きさの関係も利用され得る。示されるように、一般的に直線で囲まれた要素は、使い捨ておむつの股部66のために適切な幅に対応する幅53を有する。同様に、それぞれのコア部材の長さも、さまざまの着用者のサイズのための適切な適合感を提供するように変化し得る。
【0143】
図1において示されるように、貯蔵部材10は、おむつの液体排出領域に位置する吸収性貯蔵部材要素が存在しないように2つの別の貯蔵吸収部材20および30を有していてもよい。その様な貯蔵吸収部材10は、(コアの股部または液体排出領域に対応する)コアの中心において液体貯蔵材料をほとんどまたは全く有さない(分配材料51は、顕著な貯蔵能力を有し得るし、すくなくともより強い吸引貯蔵材料により脱着されるまで液体を含むことが認識されるべきである)ので、その様なコアを含む製品は、製品が乾燥しているときおよび体液のいくらかの負荷を受容した後の両方でよりすぐれた適合感および着用者の快適さを提供し得る。例えば、同時係属中のG.ヤングらによる1997年3月27日に出願された米国特許出願番号第08/825,072号、同時係属中のG.ラボン(LaVon)らによる1997年3月27日に出願された米国特許出願番号第08/825,071号、および同時係属中のG.ヤングらにより1997年3月27日に出願された米国特許出願番号第08/826,208号を参照されたい。図2aは、2つの別の要素20および30を有する吸収性コア28の分解図を示し、それらのそれぞれは本発明の貯蔵吸収部材からなる。フロントパネル20は、一般的に、着用者の前方に着用される使い捨ておむつの部分に対応する。同様に、バックパネル30は、着用者の後方に着用される使い捨ておむつの部分に対応する。
【0144】
代わりに、貯蔵吸収部材10は、本発明の貯蔵吸収材料からなる一体的な層であり得る(すなわち、図1における点線70が、貯蔵吸収部材10が製品の液体排出領域に含まれることを示す場合)。吸収性コア28のその様な態様は図2bにおいて描かれている。
【0145】
1つの態様において、捕捉ストリップ52は、高ロフト不織布の形態で製品の着用者の液体排出領域に位置する液体処理層であるが、好ましくは、例えば硬化されカールされたセルロース系繊維のような修飾セルロース繊維の層を含み、任意にポリマーゲル化剤のこの液体捕捉/分配層の約10重量%までを含む液体捕捉層の形態で存在する。好ましい実施形態において、捕捉ストリップ52は、硬化されカールされたセルロース系繊維(たとえばWeyerhauser Co.ワシントン州からCMC(登録商標)として入手できる;またプロクター&ギャンブル社、紙テクノロジー事業部、シンシナティ、オハイオ州から入手できる)の層の上に重なる、高ロフトの化学的に結合されたポリエチレンテレフタレート(PET)の不織布層(たとえば約42g/m2のベース重量を有する)を有し、PET不織布層が硬化されカールされたセルロース系繊維とトップシートの間に配置されている。このような好ましい吸収製品の液体捕捉層52に用いられる修飾セルロース系繊維は、好ましくは、化学的および/または熱的処理により硬化されカールされた木材パルプ繊維である。その様な修飾セルロース性繊維は、参照により組み込まれる1990年6月19日に発行された米国特許第4,935,622号(ラッシュ(Lash)ら)において記載される吸収製品において用いられるものと同じタイプのものである。好ましい態様は、液体分配層51が、同時係属中の「水性液を分配するための吸収材料」という表題のT.A.デズマレーズにより1998年3月13日に出願された米国特許出願番号第09/042,418号(P&Gケース7051)、または同時係属中のG.セーガーらにより1996年4月17日に出願された米国特許出願番号第08/633,630号(これらは参照により本明細書に組み込まれる)に記載されているようなものである。[同時係属中の米国特許出願番号第08/633,630号に記載されている繊維質分配材料を利用した好ましい実施態様においては、分配材料は、各々周辺に隆起または溝(これらはウェブが永久的な変形を受けるような近接した間隙で走行する)を有する少なくとも2つのローラーを通過させる。同様な方法が延伸積層材料を処理するために開発されており、延伸材料に関する米国特許第5,167,897号(ウェーバーら)により記載されている。本質的に、これらの方法はウェブの機械的処理を提供する。]オプションの液体分配層は、典型的には、(上方)液体処理(たとえば液体捕捉材料)と(下方)高吸引貯蔵吸収層との間に位置し、それらと液体連通する。本発明の貯蔵吸収部材を、硬化されカールされたセルロース系繊維を含む上方の液体捕捉/分配層の下にある下方の液体貯蔵層に利用できる吸収製品は、1992年9月15日に発行された米国特許第5,147,345(ヤングら)により詳細に記載されている。
【0146】
ここで称されるものとして、「使い捨て」吸収製品は、1回の使用の後に廃棄されることが意図されるものである(すなわち、その全体としての元の吸収製品は、洗濯されるかまたは吸収製品として修復されるかまたは再使用されることが意図されず、しかしながら、ある種の材料または吸収製品の全ては、リサイクル、再使用または堆肥化され得る)。ここで用いられるものとして、「おむつ」と言う用語は、着用者の胴体下部のまわりに着用される小児および失禁者により一般的に着用される着衣を称する。しかしながら、本発明は、失禁ブリーフ、失禁パッド、トレーニングパンツ、おむつ挿入物、生理用パッド、生理用ナプキン、タンポン、包帯、フェーシャルティッシュ、ペーパータオルなどの様な他の吸収製品にも適用可能であることが理解されるべきである。
【0147】
VI. 試験方法
A. 毛管吸着
目的
この試験の目的は、本発明の貯蔵吸収部材の毛管吸着吸収容量を高さの関数として測定することである。(また、この試験は大表面積材料、すなわち吸収部材に利用されるヒドロゲル形成吸収性ポリマーまたは他のオプションの材料のような浸透吸収剤を含まない材料の、毛管吸着吸収容量を高さの関数として測定するためにも使用される。にもかかわらず、下記の議論は、適切である限り、全体の貯蔵吸収部材を測定する毛管吸着法について議論する。)毛管吸着は、液体が吸収性構造内にどのように吸収されるのかを支配するあらゆる吸収剤の基本的特性である。毛管吸着実験では、毛管吸着吸収容量が、試験液リザーバに対する試料の高さによる液体圧力の関数として測定される。
【0148】
毛管吸着を測定する方法はよくわかっている。Burgeni,A.A.and Kapur,C.,「繊維塊における毛管吸着平衡(Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses)」、Textile Research Journal, 37(1967),356-366;Chatterjee,P.K.,「吸収性(Absorbency)」、Textile Science and Technology 7,Chapter II,pp29-84、Elsevier Science Publishers B.V.,1985;および吸収性構造体の毛管吸着の測定方法の議論に関する、1986年9月9日にWeismanらに発行された米国特許第4,610,678号を参照。これらの参照文献の各々の開示は参照により本明細書に組み込まれている。
【0149】
原理
多孔質ガラスフリットを、液体の連続したカラムを通して、はかり上の液体リザーバに接続する。実験中、試料を一定の閉じ込め重量下に維持する。多孔質構造体は要求しだいで液体を吸収するので、はかり付き液体リザーバにおける重量損失を液体取り込み量として記録し、ガラスフリットの取り込みについて高さおよび蒸発の関数として調整する。様々な毛管吸引(静水張力または高さ)で取り込みすなわち容量を測定する。フリットの漸増的低下(すなわち毛管吸引の低下)のために、漸増的吸収が起こる。
【0150】
実験中に、時間もモニターし、200cmの高さでの初期有効取り込み速度(g/g/h)の計算ができるようにする。
【0151】
試薬
試験液:下記の材料を蒸留水に完全に溶解することにより合成尿を調製する。
【0152】
化合物 F.W. 濃度(g/L)
KCl 74.6 2.0
Na2SO4 142 2.0
(NH4)H2PO4 115 0.85
(NH4)2HPO4 132 0.15
CaCl2・2H2O 147 0.25
MgCl2・6H2O 203 0.5。
【0153】
装置の配置の一般的説明
図8Aにおいて一般的に220として示した、試験のために使用した毛管吸着試験装置は、TAPPI条件(50%RH、25℃)下で操作される。試験試料は、試験液を収容する、206として表示されているはかり付き液体リザーバに試験液(合成尿)の連続カラムを通して接続された、図8Aに202として示されているガラスフリット上に載置される。このリザーバ206は、コンピュータ(図示せず)に接続されたはかり207上に置かれる。はかりは、0.001gまで読み取ることができなければならない。このようなはかりはPR1203としてMettler Toledo(ニュージャージー州、ハイツタウン)から入手可能である。ガラスフリット202は、試験試料を様々な吸引高さにさらすために試験試料の垂直移動を可能にするように、図8Aにおいて一般的に201として示されている垂直スライド上に置く。垂直スライドは、試験試料による液体取り込み量を測定するために吸引高さおよび対応する時間を記録するためにコンピュータに接続されたロッドレスアクチュエータであってもよい。好ましいロッドレスアクチュエータは、インダストリアル・デバイス(Industrial Devices)(ノヴァト、カリフォルニア州)から型番202X4X34N−1D4B−84−P−C−S−Eとして入手でき、これはコンピューモーター(CompuMotor)(ローナート、カリフォルニア州)から入手可能なモータードライブZETA6104−83−135によって動力を供給できる。データが測定されてアクチュエータ201およびはかり207からデータが送られた場合、各試験試料について、毛管吸着吸収容量データが容易に発生する。また、アクチュエータ201にコンピュータが接続されていることによって、ガラスフリット202の垂直移動を制御することができる。例えば、アクチュエータは各吸引高さで「平衡」(下記で定義される)に到達した後にのみ、ガラスフリット202を垂直に移動させるように指令できる。
【0154】
ガラスフリット202の底部は、フリット205をドレーン三方ストップコック209に接続するTygon(登録商標)チューブに接続されている。ドレーンストップコック209は、ガラスチューブ204とストップコック210を経由して液体リザーバ205へ接続されている。(ストップコック209は装置の洗浄中または気泡の除去中にのみドレーンへ向かって開かれる。)ガラスチューブ211は、ストップコック210を経由して、液体リザーバ205とはかり付き液体リザーバ206とを接続する。はかり付き液体リザーバ206は軽量12cm径ガラス皿206Aおよびカバー206Bから構成される。カバー206Bはそれを通してガラスチューブ211がリザーバ206内の液体に接触する穴を有する。ガラスチューブ211はカバー206Bに接触してはならず、さもないと不安定なはかりの読み取りをもたらし、試験試料測定値が使用できなくなる。
【0155】
ガラスフリットの径は、試験試料を保持するために、下記で説明するピストン/シリンダ装置に適合するのに十分でなければならない。ガラスフリット202には、加熱浴からの一定の温度管理ができるようにジャケットを付けている。フリットは、4〜5.5μm細孔を有すると規定された350mLフリットガラス製ディスク漏斗であり、コーニング・ガラス社(Corning Glass Co.)(コーニング、ニューヨーク州)から♯36060−350Fとして入手できる。細孔はフリット表面が規定の毛管吸引高さで湿潤しているのを維持するのに十分なほど微細である(ガラスフリットはガラスフリットの下方で試験液の連続カラムに空気を進入させない)。
【0156】
上述したように、フリット202は、三方ストップコック210の位置に応じて、チューブを経由して液体リザーバ205またははかり付き液体リザーバ206に接続されている。
【0157】
ガラスフリット202には、恒温槽からの水を受け入れるためにジャケットが付けられている。これは、ガラスフリットの温度が試験手順中は88°F(31℃)の一定温度に維持されることを保証するであろう。図8Aに示されているように、ガラスフリット202には入口ポート202Aおよび出口ポート202Bが備えられており、これらは一般に208と示される循環加熱槽と閉鎖ループを作っている。(図8Aにはガラス製ジャケットは示されていない。しかし、槽208からジャケットが付けられたガラスフリット202へ導入される水は試験液には接触せず、試験液が恒温槽を通して循環することはない。恒温槽中の水はガラスフリット202のジャケット壁を通って循環する。)
リザーバ206およびはかり207は、はかり付きリザーバからの試験液の蒸発を最小限に押さえるため、および実験の実行中のはかりの安定性を強化するために箱の中に入れられている。一般的に212と示されているこの箱には上蓋と壁があり、上蓋にはそれを通してチューブ211が挿入される穴がある。
【0158】
ガラスフリット202は図8Bにより詳細に示されている。図8Bは、入口ポート202Aと出口ポート202Bなしで示すガラスフリットの断面図である。上述したように、ガラスフリットは規定の4〜5.5μmの細孔を有する350mLのフリットガラス製円形漏斗である。図8Bを参照すると、ガラスフリット202は、220として示されている円筒形ジャケット付き漏斗および260として示されているガラスフリットディスクを有する。さらに、ガラスフリット202は、一般的に265として示されているシリンダ/ピストンアセンブリー(シリンダ266およびピストン268を具備する)を有し、これは270として示される試験試料を閉じ込め、試験試料に小さな閉じ込め圧力を与える。ガラスフリットディスク260からの試験液の過度の蒸発を防止するために、262として示されているテフロン(Teflon)製リングがガラスフリットディスク260の上部に置かれる。テフロン(登録商標)リング262は厚さが0.0127cmであり(マクマスターカー(McMasterCarr)から♯8569K16としてシート・ストックとして入手可能で、適切なサイズにカットされる)、シリンダ266の外側のフリットディスク面を被覆するのに使用され、こうしてガラスフリットからの蒸発を最小限に抑える。リングの外径および内径は、それぞれ7.6および6.3cmである。テフロン(登録商標)リング262の内径はシリンダ266の外径より約2mm小さい。バイトン(登録商標)Oリング(マクマスターカー(McMasterCarr)から#AS568A−150およびAS568A−151として入手可能)264が、さらに蒸発の防止を助けるように、円筒ジャケット付き漏斗250の内壁とテフロン(登録商標)リング262との間の間隙をシールするために、テフロン(登録商標)リング262の上部に配置される。Oリングの外径が円筒ジャケット付き漏斗250の内径より大きい場合には、漏斗に適合するようにOリングの径を下記のようにして減らす。Oリングを切り開き、必要な量のOリング材料を切り取り、Oリングが円筒ジャケット付き漏斗250の内壁にその全周で接触するように再び貼り合わせる。
【0159】
上述したように、図8Bに265として一般的に示されているシリンダ/ピストンアセンブリーは試験試料を閉じ込め、試験試料270に小さな閉じ込め圧力を与える。図8Cを参照すると、アセンブリー265はシリンダ266、268によって指示されているカップ状テフロン(登録商標)製ピストン、および必要な場合は内側ピストン268にフィットする1個または複数のおもり(図示せず)から構成される。(オプションのおもりは、試験試料の乾燥直径に応じて、0.2psiの閉じ込め圧力が達成されるように、ピストンとオプションのおもりの合計重量を調整するために必要な場合に使用されるであろう。これについては下記で説明する。)シリンダ266はレクサン(登録商標)バー・ストックで、下記の寸法を有する:外径7.0cm、内径6.0cmおよび高さ6.0cm。テフロン(登録商標)ピストン268は下記の寸法を有する:シリンダ266の内径より0.02cm小さい外径。図8Dに示されているように、試験試料に接触しないピストン268の端部には、0.2psi(1.4kpa)の試験試料の閉じ込め圧力を達成するために必要なオプションのおもり(試験試料の実際の乾燥直径によって決定される)を受け入れるために、5.0cm径×約1.8cm深さのチャンバ290を与えるように穴が開けられている。言い換えると、ピストン268といずれかのオプションのおもり(図には示されていない)の総重量を試験試料の実際の直径(乾燥時)で割ったものが、0.2psiの閉じ込め圧力を達成されるようでなければならない。シリンダ266およびピストン268(およびオプションのおもり)は、毛管吸着吸収容量の測定を実施する前に31℃で少なくとも30分間にわたって平衡にする。
【0160】
毛管吸着実験中には、試料周囲での空気の不安定化を最小限に抑えるために、界面活性剤で処理されていないまたは界面活性剤を取り込んでいない穴開きフィルム(14cm×14cm)(図示せず)を使用し、ガラスフリット202を覆う。穴は、実験中にフィルムの下面上で凝縮が発生するのを防止するのに十分な大きさである。
【0161】
試験試料の調製
試験試料は、アーチパンチを用い、貯蔵吸収部材から5.4cm径円形構造体を打ち抜くことによって得ることができる。この部材が吸収製品の要素である場合は、試験前に製品の他の要素を取り除かなければならない。その構造(たとえば、密度、要素材料の相対配置、構成材料の物理的性質など)を著しく変更することなしに、部材を製品の他の要素から分離できないか、または部材が吸収製品の要素ではない状況においては、部材を構成する全ての材料を、その組合せが問題の部材の見本となるように結合することによって、試験試料を調製する。
【0162】
試験試料の乾燥重量(毛管吸着吸収容量を計算するために下記で使用される)は、上記のように周囲条件下で調製された試験試料の重量である。
【0163】
実験の準備
1.清潔な乾燥したガラスフリット202を垂直スライド201に取り付けられた漏斗保持具に設置する。垂直スライドの漏斗保持具を、ガラスフリットが0cm高さにあるように移動させる。
【0164】
2.上述したように、装置の部品を図8Aに示すようにセットアップする。
【0165】
3.12cm径のはかり付き液体リザーバ206をはかり207上に置く。プラスチック製蓋206Bをこのはかり付き液体リザーバ206に被せ、はかり箱212にプラスチック製蓋を被せるが、それらの蓋は各々ガラスチューブ211がフィットして通過できるように小さい穴を有する。ガラスチューブをはかり付き液体リザーバの蓋206Bに接触させてはならず、さもないと不安定なはかりの読み取りをもたらし、測定値を使用できなくなる。
【0166】
4.ストップコック210をチューブ204に対して閉じ、ガラスチューブ211に対して開く。前もって試験液が充填されている液体リザーバ205を開けて、試験液をチューブ211に流入させ、はかり付き液体リザーバ206を充填する。
【0167】
5.ガラスフリット202を水平にし、適所に固定する。また、ガラスフリットが乾燥していることを確実にする。
【0168】
6.Tygon(登録商標)チューブ203をストップコック209に取り付ける。(チューブはなじれなしに最高点の200cmにあるガラスフリット202に到達する程度に十分長くなければならない。)このTygon(登録商標)チューブに液体リザーバ205からの試験液を充填する。
【0169】
7.Tygon(登録商標)チューブ203を水平なガラスフリット202に取り付けた後、液体リザーバ205からガラスフリット202へ通じるストップコック209およびストップコック210を開く。(ストップコック210はガラスチューブ211に対して閉じていなければならない。)試験液をガラスフリット202に充填し、水平ガラスフリットの充填中に全てのトラップされた空気を取り除く。液体レベルがガラスフリットディスク260の上部を越えるまで充填し続ける。漏斗を空にし、チューブ内および漏斗内側にあるすべての気泡を取り除く。気泡はガラスフリット202を反転させ、気泡を上昇させストップコック209のドレーンを通して逃がすことによって取り除くことができる。(典型低には、気泡はガラスフリットディスク260の底部上に集まる。)ジャケット付き漏斗250の内側およびガラスフリットディスク260の表面上にフィットするのに十分に小さいレベルを用いて、フリットを再び水平にする。
【0170】
8.ガラスフリットを、はかり付き液体リザーバ206によりゼロ調整する。これを行うために、十分な長さの1本のTygon(登録商標)チューブを取り、それに試験液を満たす。一端をはかり付き液体リザーバ206内に入れ、他端部を使用してガラスフリット202を配置する。チューブによって示される試験液のレベル(はかり付き液体リザーバのレベルと同じである)は、ガラスフリットディスク260の上部より10mm下方である。そうでない場合には、リザーバ内の液体量を調整するか、または垂直スライド201上のゼロ位置をリセットする。
【0171】
9.恒温槽208からの出口ポートおよび入口ポートをチューブを経由してガラスフリットの入口ポートおよび出口ポート202Aおよび202Bにそれぞれ取り付ける。ガラスフリットディスク260の温度を31℃にさせる。これは、ガラスフリットに部分的に試験液を充填し、それが平衡温度に到達した後にその温度を測定することにより測定できる。槽からガラスフリットへの水の移動中における熱の放散を許容するために、槽を31℃より幾らか高い温度に設定する必要があるであろう。
【0172】
10.ガラスフリットを30分間かけて平衡にする。
【0173】
毛管吸着パラメータ
下記では、ガラスフリットが各高さにどの位の時間とどまっているのかを測定するコンピュータプログラムについて説明する。
【0174】
毛管吸着試験ソフトウエアプログラムでは、試験試料は液体のリザーバからある規定の高さにある。上述したように、コンピュータが既知の時間間隔の最後にはかりを読み取り、試験試料とリザーバの間の流量(デルタ読取り値/時間間隔)を計算することができるように、液体リザーバははかりの上にある。この方法のために、規定数の連続時間間隔に対して流量が規定流量より少ないときに、試験試料が平衡状態にあると見なされる。ある種の材料については、規定の「平衡定数」に到達したときに、実際の平衡には到達しない可能性があることは認識されている。読み取りの時間間隔は5秒間である。
【0175】
デルタ表における読み取りの数は、毛管吸着メニューでは「平衡試料」として規定されている。デルタの最高数は500である。流量定数は、毛管吸着メニューでは「平衡定数」として規定されている。
【0176】
平衡定数は、g/secの単位で、0.0001〜100,000の範囲で入力される。
【0177】
下記はロジックの簡単化された例である。表は、はかりの読み取り値および各時間間隔に対して計算されたデルタ流量を示している。
【0178】
平衡試料=3
平衡定数=.0015
【表1】

Figure 0004898000
【0179】
【表2】
Figure 0004898000
【0180】
【表3】
Figure 0004898000
【0181】
上記の簡単化された例に対する平衡取り込み量は0.318gである。
下記は平衡取り込み量を決定するために使用されたC言語でのコードである。
【0182】
【表4】
Figure 0004898000
【0183】
毛管吸着パラメータ
負荷の説明(閉じ込め圧力):0.2psi負荷
平衡試料(n):50
平衡定数:0.0005g/sec
セットアップ高さ値:100cm
最終高さ値:0cm
静水頭パラメータ:200,180,160,140,120,100,90,80,70,60,50,45,40,35,30,25,20,15,10,5および0cm
毛管吸着吸収容量の測定のために、上記で規定した全ての高さを上述した順序で用いて、毛管吸着試験手順を実施する。特定高さ(たとえば35cm)での毛管吸着吸収容量を測定することが望ましい場合でも、一連の静水頭パラメータ全体を規定された順序で完了しなければならない。試験試料に対する毛管吸着等温線を生成するための毛管吸着試験の実施において、これら高さを全て使用しているけれども、本発明の開示では200,140,100,50,35および0cmの特定高さでのそれらの吸収特性に基づいて貯蔵吸収部材を説明する。
【0184】
毛管吸着試験手順
1)実験準備手順に従う。
【0185】
2)恒温槽208がオンで、水がガラスフリット202を通って循環しており、ガラスフリットディスク260の温度が31℃であることを確認する。
【0186】
3)ガラスフリット202を200cmの吸引高さに配置する。ガラスフリット202をはかり付き液体リザーバ206と接続するためにストップコック209および210を開く(ストップコック210は液体リザーバ205に対して閉じる。)ガラスフリット202を30分間かけて平衡にする。
【0187】
4)上記の毛管吸着パラメータをコンピュータに入力する。
【0188】
5)ストップコック209および210を閉じる。
【0189】
6)ガラスフリット202をセットアップ高さ100cmへ移動させる。
【0190】
7)テフロン(登録商標)リング262をガラスフリットディスク260の表面上に置く。Oリング264をテフロン(登録商標)リング上に置く。予備加熱したシリンダ266をテフロン(登録商標)リング上に同心状に置く。試験試料270をガラスフリットディスク260上のシリンダ266に同心状に置く。ピストン268をシリンダ266内に置く。必要であれば、追加の閉じ込め用おもりをピストンチャンバ290内に置く。
【0191】
8)ガラスフリット202を穴開きフィルムで被覆する。
【0192】
9)この時点でのはかり読み取り値がゼロまたは自重読み取り値を確定する。
【0193】
10)ガラスフリット202を200cmへ移動させる。
【0194】
11)ストップコック209および210を開き(ストップコック210は液体リザーバ205に対しては閉じる)、はかりおよび時間の読み取りを開始する。
【0195】
ガラスフリット補正(ブランク補正取り込み量)
ガラスフリットディスク260は多孔質構造体であるので、ガラスフリット(202)の毛管吸着吸収取り込み量(ブランク補正取り込み量)を測定し、真の試験試料の毛管吸着吸収取り込み量を得るために差し引かなければならない。ガラスフリット補正は、使用される各々の新しいガラスフリットについて実施する。試験試料を使用しないこと以外は上記の通りに毛管吸着試験手順を実行して、ブランク取り込み量(g)を得る。各々の規定高さでの経過時間がブランク時間(s)に等しい。
【0196】
蒸発損失補正
1)ガラスフリット202をゼロの2cm上方へ移動させ、ストップコック209および210を開いて(リザーバ205に対して閉じて)、これをこの高さで30分間かけて平衡にする。
【0197】
2)ストップコック209および210を閉じる。
【0198】
3)テフロン(登録商標)リング262をガラスフリットディスク260の表面上に置く。Oリング264をテフロン(登録商標)リングの上に置く。予備加熱したシリンダ266をテフロン(登録商標)リング上に同心状に置く。ピストン268をシリンダ266内に入れる。穴開きフィルムをガラスフリット202上に置く。
【0199】
4)ストップコック209および210を開いて(リザーバ205に対して閉じて)、3.5時間にわたってはかりの読み取りおよび時間を記録する。試料の蒸発量(g/hr)を下記のように計算する。
【0200】
[1時間ではかり読み取り−3.5時間ではかり読み取り]/2.5時間
上記の予防措置の全てを取った後でも、いくらかの蒸発損失、試験試料およびフリット補正両方について典型的にはおおよそ0.10g/hrの蒸発損失が発生するであろう。理想的には、試料の蒸発は各々の新たに据え付けられたガラスフリット202について測定する。
【0201】
装置の洗浄
ガラスフリット202を新たに据え付けたときには新しいTygon(登録商標)チューブ203を使用する。ガラスチューブ204および211、液体リザーブ205、およびはかり付き液体リザーバ206は、細菌汚染が目に見える場合には、50%Clorox Bleach(登録商標)/蒸留水を用いて洗浄した後、蒸留水ですすぎ洗いする。
【0202】
a.各実験後の洗浄
各実験の終了時に(試験試料を取り除いた後)、液体リザーバ205からの250mLの試験液により、ガラスフリットをフォワードフラッシュ(すなわち、試験液をガラスフリットの底部へ導入する)して、ガラスフリットディスクの孔から残留試験試料を除去する。ストップコック209および210を液体リザーバ205に対して開き、はかり付き液体リザーバ206に対して閉じ、ガラスフリットをその支持具から取外し、上下を逆さまにして最初に試験液によりすすぎ洗いし、次にアセトンおよび試験液によりすすぎ洗いする。すすぎ洗い中、ガラスフリットは上下を逆さまに傾けなければならず、すすぎ液はガラスフリットディスクの試験試料接触面上へ噴出させる。すすぎ洗い後、ガラスフリットを250mLの合成尿により2度のフォワードフラッシュする。最後に、ガラスフリットを支持具に再び取り付け、フリット表面を水平にする。
【0203】
b.ガラスフリット性能のモニター
ガラスフリットの性能を、各洗浄手順後および各ガラスフリットを新たに取り付ける毎に、0cm位置でのガラスフリットセットアップでモニターしなければならない。50mLの試験液を水平にしたガラスフリットディスク表面(テフロン(登録商標)リング、Oリングおよびシリンダ/ピストン部品なし)上に注ぐ。試験液レベルがガラスフリットディスク表面の上方5mmへ下がるのに要する時間を記録する。この時間が4.5分間を超える場合には、定期的洗浄を実施しなければならない。
【0204】
c.定期的洗浄
定期的に(上記のフリット性能のモニターの項を参照)ガラスフリットを完全に洗浄しては目詰まりを防止する。すすぎ液は蒸留水、アセトン、50%Clorox Bleach(登録商標)/蒸留水(細菌増殖を除去するため)および試験液である。洗浄には、支持具からガラスフリットを取り外すことおよびすべてのチューブを取り外すことが含まれる。フリットを上下逆にし、適切な液体および量により、を下記の順序で、ガラスフリットをフォワードフラッシュする(すなわち、試験液をガラスフリットの底部に導入する)。
【0205】
1.250mLの蒸留水
2.100mLのアセトン
3.250mLの蒸留水
4.100mLの50:50Clorox(登録商標)/蒸留水溶液
5.250mLの蒸留水
6.250mLの試験液
ガラスフリットの性能が流量の設定基準(上記参照)内にあり、ガラスフリットディスク表面上に残留物を観察できない場合には洗浄手順は申し分がない。洗浄を良好に実施できない場合は、フリットを交換しなければならない。
【0206】
計算
各規定高さで、毛管吸引高さ(cm)、時間、および取り込み量(グラム)からなるレポートを与えるように、コンピュータをセットアップする。このデータから、フリット取り込み量および蒸発損失の両方について補正された、毛管吸引吸収容量を計算できる。また、0cmでの毛管吸引吸収容量に基づいて、規定高さでの毛管吸収効率を計算できる。さらに、200cmでの初期有効取り込み速度が計算される。
【0207】
ブランク補正取り込み量
ブランク補正取り込み量(g)=ブランク取り込み量(g)−ブランク時間*試料蒸発量(g/hr)/3600(s/hr)
毛管吸引吸着容量(「CSAC」):
CSAC(g/g)={試料取り込み量(g)−(試料時間*試料蒸発量(g/hr)/3600(s/hr))−ブランク補正取り込み量(g)}/試料の乾燥重量(g)
200cmでの初期有効取り込み速度(「IEUR」)
IEUR(g/g/hr)=200cmでのCSAC(g/g)/200cmでの試料時間(s)。
【0208】
レポート
所定の吸収部材または所定の大表面積材料について毛管吸着吸収容量を計算するために、各試料について最低2回の測定値を採取し、各々の高さで取り込み量を平均化しなければならない。
【0209】
B.垂直吊下げ吸着高さ(VHSH)
適当な長さ(典型的には少なくとも60cm)で典型的には約1cmの幅を持つ発泡体のストリップを選択することにより、垂直吊下げ吸着高さ(「VHSH」)試験を達成する。ストリップを吊り下げるためのクリップを用い、このストリップを31℃に温度調節されたチャンバー内に吊り下げる。ストリップの底部を、やはり31℃の試験液に浸す。試験液は、1997年2月4日発行の米国特許第5,599,335(Goldmanら)(その開示は参照により本明細書に組み込まれている)に記載されているような合成尿が好ましい。長時間かけて、試験液はストリップを吸い上がり、もはや全く吸い上げが起こらない平衡点に達するであろう。平衡点の決定を容易にするために、試験液を乾かしてもよい。たとえば、試料をガラスチューブ(ガラスは試料に接触しない)の中に入れ、試料チューブを適切にキャップした状態を維持することにより、試料からの蒸発を防止するように注意しなければならない。本発明の材料について平衡に達するのに要する時間は変化することがあり、約24時間から96時間、またはそれ以上の範囲である。1時間にわたって吸い上げ液の高さに認識できる変化がない場合には、平衡が達成されたとみなされる。
【0210】
その中に保持されている液体がしぼり出されるのを避けるよう注意しながら、試験ストリップを試験チャンバーから取り出す。ストリップから長さ2.5cmの複数の切片を切り出し、各切片を秤量する。便宜上、完全に膨張した高さの約50%以下の初期切片は、長さ2インチ(5.1cm)の切片に切り出してもよい。これらの重量を発泡体のオーブン乾燥重量で割って、発泡体の種々の多価sでの容量(g/g)を計算する。切片が採取された高さに対する容量のチャートを図表にすることにより、図5に図示されているようなグラフを展開することができる。X%でのVHSH高さは、発泡体中で0cm容量(またはFAC)のX%が保持されている場合の高さ(cm)である。重要な代表値は90%でのVHSHである。原理的には、Xはいかなる値でもよい。VHSHに対する最も再現性のある測定は、発明者らの経験の範囲内では、X=90%で達成される。当業者には、この一点での数値が高さに対する容量のプロットで得られる曲線の形状を十分に表すわけではないことは明らかである。しかし、この一点は本発明の発泡体についての実際的な比較点として役立つ。
【0211】
【実施例】
VII.代表例
例1
ガラス超極細繊維を含む貯蔵吸収部材
この例では、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーと、従来のエアーデポジションプロセスよりも高い密度と構造組織化のためにウェット・エンド成形プロセスを使用して形成された大表面積ガラス超極細繊維とを含む高毛管吸引吸収部材について説明する。ガラス超極細繊維マトリックス中の吸収性ポリマーの分布が均質に近いような、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを含有する部材を構成するために下記の手順に従う。
【0212】
4.0gのASAP2300(イリノイ州アーリントンハイツのアメリカン・コロイド社(American Colloid Co.)の子会社であるケムダル(Chemdal)LTDから入手可能;また、オハイオ州シンシナティのザ・プロクター&ギャンブル社(The Procter & Gamble CO.)の紙テクノロジー事業部からも入手可能)および4.0gのガラス超極細繊維(コロラド州デンバーのマンヴィル・セイルズ社(Manville Sales Corp.)から「Q−ファイバー(Q-FIBERS),コード108,110バルク」として入手可能)の混合物を、約500mLの3Aアルコール(95%エタノール、5%メタノール)、またはイソプロパノールもしくは類似の液体(含まれているポリマー類の構造もしくは組成物を劣化させることもなく、その中に吸収されもしない)とともに、耐爆性の容量3ガロンの商用グレードのワーナー(Warner)ブレンダー中で結合させる。含まれているハイドロゲルの構造体または組成物に吸収されない液体という場合、このような液体は、含まれているハイドロゲル形成吸収性ポリマー1グラムあたり液体約5グラム(重量で約5g/g)未満の少量範囲構造体または組成物中に吸収されるにすぎないことを意味する。混合液を低速で約5分間攪拌する。混合液は、製紙ボックスの上方部分の底部に80メッシュのナイロン成形用ワイヤー(ワイオミング州ニーナのプロダクティブ・ソルーション社(Productive Solutions, Inc.)のアップルトン(Appleton)製造事業部から入手可能)を備えた6インチ×6インチの「製紙ボックス(Paper Formation Box)」に注入される。液体レベルは、3Aアルコール、または適切な溶液を加えて、スクリーンの約8インチ上方にする。液体排出の前に、パドルを使用して製紙ボックスの上部で溶液を完全に混合する。成形用ワイヤーの下方で弁を開き、液体を急速に排液し、成形用ワイヤー上への一様な堆積を確実にする。スクリーンを「製紙ボックス」から取り除き、ゆるく保持されている液体を除去するために真空源を横断して引き抜き、乾燥剤(たとえばミズーリ州63178セントルイスのシグマ ケム社(Sigme Chem. Co.)のDRIERITE)を含有するデシケーター中で一晩風乾させ、一様な水分量を保証する。いったん乾燥したら、吸収部材を成形用スクリーンから取り出す。
【0213】
毛管吸着吸収容量の測定のために、この部材から5.4cmの円筒形構造体をアーチ・パンチする。この貯蔵吸収部材の毛管吸着等温線を図9にグラフで図示する。
【0214】
例2
HIPEからの大表面積発泡体の調製
A) HIPEの調製
無水塩化カルシウム(36.32kg)と過硫酸カリウム(189g)を378リットルの水中に溶解させる。これはHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおいて使用される水相の流れを提供する。
【0215】
蒸留ジビニルベンゼン(42.4%ジビニルベンゼンおよび57.6%エチルスチレン)(2640g)、2−エチルヘキシルアクリレート(4400g)、およびヘキサンジオールジアクリレート(960g)を含むモノマー混合物に、ジグリセロールモノオレエート乳化剤(480g)、ジタロージメチルアンモニウムメチルスルフェート(80g)、およびチヌビン(Tinuvin)765(20g)を添加する。ジグリセロールモノオレエート乳化剤(グリンドステッド・プロダクツ(Grindsted Products);ブラブランド(Brabrand)、デンマーク)は約81%のジグリセロールモノオレエート、1%の他のジグリセロールモノエステル、3%のポリオール、および15%のその他のポリグリセロールエステルを含み、約2.7dyne/cmの最小の油/水界面張力値を与え、約2.8重量%の油/水臨界凝集濃度を有する。混合後、この材料混合物を一晩静置させる。目に見える残留物は形成されず、混合物全部を取り出してHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおける油相として使用する。
【0216】
油相(25℃)と水相(53〜55℃)の別個の流れがダイナミックミキシング装置へ供給される。ダイナミックミキシング装置中において結合された流れの完全な混合がピン・インペラによって達成される。ピン・インペラは長さ約36.5cmおよび直径約2.9cmの円柱形のシャフトを有する。シャフトは6列のピンを保持しており、3列は33個のピンおよび3列は34個のピンを有し、各レベルの各々3個ずつのピンは互いに120°の角度に配置され、次の下方のレベルは隣接レベルに対して60°で配置されて各レベルは0.03mmだけ離れており、各々のピンは0.5cmの直径を有しシャフトの中心軸から2.3cmの長さで外に向かって伸びている。ピン・インペラはダイナミックミキシング装置を形成する円筒形スリーブに取り付けられており、ピンは円筒形スリーブの壁から1.5mmの間隔を有する。
【0217】
1996年9月17日にDesMaraisによって出願された同時係属中の米国特許出願第08/716,510号(その開示は参照により本明細書に組み込まれている)における図に示されているように、ダイナミックミキシング装置から出てくる排液の僅かな部分が回収され、再循環ゾーンに流入する。再循環ゾーンのワウケシャ(Waukesha)ポンプがこの僅かな部分をダイナミックミキシングゾーンへの油相および水相の流れの入口点へ戻す。
【0218】
スタティックミキサー(TAHインダストリーズ モデル100−812)は外径1インチ(2.5cm)の12のエレメントを有する。硬化のために使用される装置へのエマルジョンの供給を容易にするためにスタティックミキサーから下流にホースが取り付けられている。オプションで、ホースが充填され続けるように追加の逆圧を与えるために追加のスタティックミキサーを使用する。オプションのスタティックミキサーは1インチ(2.5cm)パイプ、12エレメントのミキサー(マクマスター−キャル(McMaster-Carr)、オーロラ、オハイオ州、モデル3529K53)でもよい。
【0219】
結合型混合再循環装置機構に水4部対油1部の比率で油相および水相を充填する。ダイナミックミキシング装置は、装置を完全に充填している間に空気を逃がすように排気される。充填中の流量は油相では7.57g/secおよび水相では30.3cc/secである。
【0220】
装置機構を充填したら、インペラを1750RPMで回転させてダイナミックミキサーで攪拌を開始し、約30cc/secの速度で再循環を開始する。その後、水相の流量は約1分間をかけて151.3cc/secへ徐々に増加させ、油相の流量は約3分間をかけて3.03g/secへ低下させる。再循環速度は後者の時間中に約150cc/secへ徐々に増加させる。この時点でダイナミックゾーンおよびスタティックミキサーによって作り出される逆圧は約19.9PSI(137kPa)であり、これはこのシステムのトータルの圧力降下を表す。その後、ワウケシャ(Waukesha)ポンプ(モデル30)の速度を徐々に低下させ、約75cc/secの再循環速度を生じさせる。
【0221】
B) HIPEの重合
この時点でのスタティックミキサーからのHIPEの流れは、ケーキ作りに使用するスプリングフォーム・パンによく似た、取外し可能な側面を有する、直径40インチ(102cm)および高さ12.5インチ(31.8cm)の円形ポリエチレン製タブに収集される。底部での直径が12.5インチ(31.8cm)のパイプ状ポリエチレン製インサートは底面の中心にしっかりと固定されており、高さは12.5インチ(31.8cm)である。HIPE含有タブは、65℃に維持された室内で18時間に渡って維持され、重合を実施して発泡体を形成する。
【0222】
C)発泡体の洗浄および水分除去
硬化したHIPE発泡体は硬化用タブから取り出される。この時点での発泡体は重合したモノマーの重量の約48〜52倍(48〜52×)の残留水相(溶解した乳化剤、電解質、開始剤残留物および開始剤を含む)を有する。発泡体は鋭利な往復ソーブレードにより厚さ0.185インチ(4.7mm)のシートにスライスされる。その後、これらのシートは、発泡体の残留水相含量を徐々に低下させる真空を装備した一連の2個の多孔質ニップロールにより、重合材料の重量の約6倍(6×)にまで圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で1.5%CaCl2溶液により再飽和され、真空を装備した一連の3個の多孔質ニップロールにより、約4倍の水相含量にまで圧搾される。発泡体のCaCl2含量は8〜10%である。
【0223】
発泡体は最終ニップ後に厚さ約0.021インチ(0.053cm)に圧縮されたままになる。その後、発泡体は約16時間風乾される。このような乾燥により、含水量を、重合材料の重量を単位として、約9〜17%へ減少させる。この時点で、発泡体シートは極めてドレープ成形が可能で、「乾燥後の薄い状態(thin-after-drying)」である。
【0224】
例3
HIPEからの大表面積発泡体の調製
A) HIPEの調製
HIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおいて使用する水相および油相の流れは例1に従って調製する。油相(25℃)と水相(53〜55℃)の別個の流れが例1に詳述したダイナミックミキシング装置へ供給される。
【0225】
装置機構が充填されたら、インペラを1700RPMで回転させてダイナミックミキサーでの攪拌を開始させ、約30cc/secの速度で再循環を開始させる。その後、水相の流量は約1分間をかけて151.3cc/secへ徐々に増加させ、油相の流量は約3分間をかけて3.36g/secへ低下させる。再循環速度は後者の時間中に約150cc/secへ徐々に増加させる。この時点でダイナミックゾーンおよびスタティックミキサーによって作り出される逆圧は約19.7PSI(136kPa)であり、これはこのシステムのトータルの圧力降下を表す。その後、ワウケシャ(Waukesha)ポンプの速度は徐々に低下させ、約75cc/secの再循環速度を生じさせる。
【0226】
B) HIPEの重合
この時点でスタティックミキサーから流れてくるHIPEは、例1で詳述したようにして収集され、ポリマー発泡体へ硬化させられる。
【0227】
C) 発泡体の洗浄および水分除去
硬化したHIPE発泡体は硬化用タブから取り出される。この時点の発泡体は重合したモノマーの重量の約43〜47倍(43〜47×)の残留水相(溶解した乳化剤、電解質、開始剤残留物および開始剤を含む)を有する。発泡体は鋭利な往復ソーブレードにより厚さ0.185インチ(4.7mm)のシートにスライスされる。その後、これらのシートは、発泡体の残留水相含量を徐々に低下させる真空を装備した一連の2個の多孔質ニップロールにより、重合材料の重量の約6倍(6×)にまで圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で1.5%のCaCl2溶液により再飽和され、真空を装備した一連の3個の多孔質ニップロールにより、約4倍の水相含量にまで圧搾される。発泡体のCaCl2含量は8〜10%である。
【0228】
発泡体は最終ニップ後に厚さ約0.028インチ(0.071cm)に圧縮されたままになる。その後、発泡体は約16時間風乾される。このような乾燥により、含水量を、重合材料の重量を単位として、約9〜17%へ減少させる。この時点で、発泡体シートは極めてドレープ成形が可能で、「乾燥後の薄い状態(thin-after-drying)」である。
【0229】
例4
HIPEからの大表面積発泡体の調製
A) HIPEの調製
HIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおいて使用する水相および油相の流れは例1に従って調製する。油相(25℃)と水相(53〜55℃)の別個の流れが例1に詳述したダイナミックミキシング装置へ供給される。
【0230】
装置機構が充填されたら、インペラを1750RPMで回転させてダイナミックミキサーでの攪拌を開始させ、約30cc/secの速度で再循環を開始させる。その後、水相の流量は約1分間をかけて151.3cc/secへ徐々に増加させ、さらに油相の流量は約3分間をかけて3.78g/secへ低下させる。再循環速度は後者の時間中に約150cc/secへ徐々に増加させる。この時点で、ダイナミックゾーンおよびスタティックミキサーによって作り出される逆圧は約18.7PSI(129kPa)であり、これはこのシステムのトータルの圧力降下を表す。その後、ワウケシャ(Waukesha)ポンプの速度は徐々に低下させ、約75cc/secの再循環速度を生じさせる。
【0231】
B) HIPEの重合
この時点でスタティックミキサーから流れてくるHIPEは、例1に詳述したようにして収集され、ポリマー発泡体へと硬化される。
【0232】
C) 発泡体の洗浄と水分除去
硬化したHIPE発泡体は硬化用タブから取り出される。この時点での発泡体は、重合したモノマーの重量の約38〜42倍(38〜42×)の残留水相(溶解した乳化剤、電解質、開始剤残留物および開始剤を含む)を有する。発泡体は鋭利な往復ソーブレードにより厚さ0.185インチ(4.7mm)のシートにスライスされる。その後、これらのシートは、発泡体の残留水相含量を徐々に低下させる真空を装備した一連の2個の多孔質ニップロールにより、重合材料の重量の約6倍(6×)にまで圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で1.5%CaCl2溶液をにより再飽和され、真空を装備した一連の3個の多孔質ニップロールにより、約4倍の水相含量にまで圧搾される。発泡体のCaCl2含量は8〜10%である。
【0233】
発泡体は最終ニップ後に厚さ約0.028インチ(0.071cm)に圧縮されたままになる。その後、発泡体は約16時間風乾される。このような乾燥により、含水量を、重合材料の重量を単位として、約9〜17%へ減少させる。この時点で、発泡体シートは極めてドレープ成形が可能で、「乾燥後の薄い状態(thin-after-drying)」である。
【0234】
例5
大表面積ポリマー発泡体材料を含む貯蔵吸収部材
この例では、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーおよび例3に従って調製された高い吸引性のポリマー発泡体を含む高い毛管吸引性の吸収部材について説明する。吸収性ポリマーおよびポリマー発泡体の分布が比較的均質に近いヒドロゲル形成吸収性ポリマーを含有する部材を構成するために、下記の手順に従う。
【0235】
10gの風乾ポリマー発泡体(上記の例3に従って調製された)を、1リットルの2%塩化カルシウム溶液が入れられている1.25リットルのジャーを備えたブレンダー(オスタライザー(Osterizer)モデル848−36L)に入れる。発泡体材料の全てが確実に浸されるようにした後に、ブレンダーを「液化」(高設定)で10秒間攪拌し、その後さらに「すりつぶし(Grate)」設定で5秒間攪拌する。その後、得られたスラリーをペーパー・タオルで裏張りしたブフナー漏斗(クアーズ(Coors)USAモデル60283)に移す。約500mLの液体が試料からフリーに排液される。その後、試料をゴムメンブレンで被覆し、真空(約500mmHg)にかけて、50〜60gの重量にまで試料から水を取り除く。
【0236】
試料を乾燥したブレンダーのジャーへ戻し、試料をほぼ独立した粒子へ分散させるようにジャーおよびベースを数回逆転させ直立に戻しながら、「液化」に設定された攪拌により分散させる。その後、分散された試料を周囲条件下で風乾させた後、発泡体粒子をヒドロゲル形成吸収性ポリマー(ASAP2300、イリノイ州パランティンのケムダルコーポレーション(Chemdal Corporation)から入手可能;また、オハイオ州シンシナティのザ・プロクター&ギャンブル社(The Procter & Gamble CO.)の紙テクノロジー事業部からも入手可能)と結合させ、重量で50%のヒドロゲル形成ポリマーおよび重量で50%の大表面積ポリマー発泡体の均質混合物からなる貯蔵吸収部材を与える。
【0237】
この貯蔵吸収部材の毛管吸着等温線を図9にグラフで図示する。
【0238】
例6 大表面積フィブレッツを含む貯蔵吸収部材
本例ではヒドロゲル形成吸収性ポリマーおよび大表面積フィブレッツを含む高い毛管吸引性の吸収部材について説明する。セルロースアセテートフィブレッツFibrets(登録商標)としてヘキストセラネーゼ社(Hoechst Celanese Cop.;シャルロット、ノースカロライナ州)から入手できる大表面積フィブレッツを、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー(ASAP2300、イリノイ州パランティンのケムダルコーポレーション(Chemdal Corporation)から入手可能;また、オハイオ州シンシナティのザ・プロクター&ギャンブル社(The Procter & Gamble CO.)の紙テクノロジー事業部からも入手可能)と結合させて、重量で50%のヒドロゲル形成ポリマーおよび重量で50%のフィブレッツの均質混合物からなる貯蔵吸収部材を与える。
【0239】
この貯蔵吸収部材の毛管吸着等温線を図9にグラフで図示する。
【0240】
例7
大表面積ポリマー発泡体材料を含む貯蔵吸収部材
この例では、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーおよび例3に従って調製された高い吸引性のポリマー発泡体を含む高い毛管吸引性の吸収部材について説明する。吸収性ポリマーおよびポリマー発泡体の分布が比較的均質に近いヒドロゲル形成吸収性ポリマーを含有する部材を構成するために、下記の手順に従う。
【0241】
10gの風乾ポリマー発泡体(上記の例3に従って調製された)を、1リットルの2%塩化カルシウム溶液が入れられている1.25リットルのジャーを備えたブレンダー(オスタライザー(Osterizer)モデル848−36L)に入れる。発泡体材料の全てが確実に浸されるようにした後に、ブレンダーを「液化」(高設定)で10秒間攪拌し、その後さらに「すりつぶし(Grate)」設定で5秒間攪拌する。その後、得られたスラリーをペーパー・タオルで裏張りしたブフナー漏斗(クアーズ(Coors)USAモデル60283)に移す。約500mLの液体が試料からフリーに排液される。その後、試料をゴムメンブレンで被覆し、真空(約500mmHg)にかけて、50〜60gの重量にまで試料から水を取り除く。
【0242】
試料を乾燥したブレンダーのジャーへ戻し、試料をほぼ独立した粒子へ分散させるようにジャーおよびベースを数回逆転させ直立に戻しながら、「液化」に設定された攪拌により分散させる。その後、分散された試料を周囲条件下で風乾させた後、発泡体粒子を混合床イオン交換ヒドロゲル形成吸収性ポリマー(下記に記載されている)と結合させ、重量で60%のヒドロゲル形成ポリマーおよび重量で40%の大表面積ポリマー発泡体の均質混合物からなる貯蔵吸収部材を与える。
【0243】
A) 混合床イオン交換吸収性ポリマーの調製
(i) カチオン交換吸収性ポリマー−架橋ポリアクリル酸の調製
450グラムのアクリル酸モノマー(アルドリッチ・ケミカル社、カタログ番号14,723−0、ロット番号15930CS)を清浄な4000mLの樹脂ケトルに入れることにより、均質な架橋ポリアクリル酸を合成する。7.2グラムのN,N’−メチレンビスアクリルアミド(アルドリッチ・ケミカル社、カタログ番号14,607−2、ロット番号04511DR)および0.85グラムの2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド(和光、ロット番号P2197)を、2050グラムの水に溶解し、樹脂ケトル中のアクリル酸モノマーに加える。この溶液を窒素で15分間スパージして溶解酸素を除去する。その後、樹脂ケトルをシールし、溶液を40℃で16時間加熱する。
【0244】
得られたゲルを冷却させた後、砕いて約1cm径の破片にし、真空オーブン中55℃で60時間乾燥する。ウィリーミルを用い、この試料を粉砕しUSA20メッシュのふるいを通してふるい分けして、均一に架橋したポリアクリル酸を得る。
【0245】
(ii) アニオン交換吸収性ポリマー−架橋ポリアリルアミンの調製
ポリアリルアミン、1250グラムの20%溶液(日東紡績社、東京、日本、ロット番号80728)を2000mLのガラスジャーに秤量する。エチレングリコールエーテル、19グラムの50%溶液(アルドリッチ・ケミカル社、カタログ番号E2,720−3)を20グラムの蒸留水で希釈し、ポリアリルアミン溶液に加える。混合物を、排気されているオーブン中に約60℃で1昼夜入れるのに先立って、室温で約2分間攪拌する。
【0246】
得られたゲルを砕いて約5mm径の破片にし、高真空中で約96時間乾燥して、軽く架橋したポリアリルアミンのアニオン交換吸収性ポリマーを得て、これを乾燥雰囲気下で保管する。
【0247】
(iii) 混合床イオン交換吸収性ポリマー
架橋ポリアリルアミンのアニオン交換吸収性ポリマーを粉砕し、ふるい分けする。USAシリーズ標準25メッシュふるいを通過するが、USAシリーズ標準70メッシュふるいを通過しない粒子サイズ部分(すなわち約200〜700ミクロン径の範囲にある粒子を含む部分)を収集する。
【0248】
約125グラムのふるい分けした架橋ポリアクリル酸(200〜700ミクロン径)のカチオン交換吸収性ポリマーと約125グラムのふるい分けした架橋ポリアリルアミンのアニオン交換吸収性ポリマーをいっしょに混合し、各タイプのポリマーの粒子が混合物全体にわたって均一に分布するようにした。この混合物は、この例の貯蔵吸収部材に用いられる混合床イオン交換吸収性ポリマー組成物を構成する。このような組成物に関するさらなる情報は、米国特許出願第 号(1999年3月1日出願、Hirdら)(P&Gケース7432−名称「加圧下において高い吸着容量を有する吸収性ポリマー組成物」)に開示されており、これはすでに参照により本明細書に組み込まれている。
【0249】
この貯蔵吸収部材の毛管吸着等温線を図9にグラフで図示する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の高い毛管吸引容量の貯蔵吸収部材を含む吸収性コアを有するおむつを分解して示す図。
【図2a】 図1に示されるようなおむつに含まれる代表的な多層コアを分解して示す図。
【図2b】 図1に示されるようなおむつに含まれる他の代表的な多層コアを分解して示す図。
【図3】 本発明の貯蔵吸収部材に有用な、代表的な大表面積ポリマー発泡体の顕微鏡写真(倍率500×)。
【図4】 図3に示された大表面積ポリマー発泡体の顕微鏡写真(ただし、倍率1000×)。
【図5】 粒子状ヒドロゲル形成吸収性ポリマーおよび粒子状ポリマー吸収発泡体を含む本発明の貯蔵吸収部材の顕微鏡写真。
【図6】 粒子状ヒドロゲル形成吸収性ポリマーおよび大表面積セルロースアセテート繊維を含む本発明の貯蔵吸収部材の顕微鏡写真。
【図7】 粒子状ヒドロゲル形成吸収性ポリマーおよび大表面積ガラス超極細繊維を含む本発明の貯蔵吸収部材の顕微鏡写真。
【図8A】 吸収部材の毛管吸着吸収容量を測定する装置の構成を示す図。
【図8B】 図8Aに一般的に示されているガラスフリットを示す断面拡大図。
【図8C】 図8Bに示されているガラスフリットのシリンダー/ピストンアセンブリーを示す断面拡大図。
【図8D】 図8Cに示されているシリンダー/ピストンアセンブリーのピストンの外観を示す断面拡大図。
【図9】 本発明の種々の貯蔵吸収部材ならびにセルロース繊維(綿毛)およびヒドロゲル形成吸収性ポリマーを含む従来の部材(比較例Aとして示される)について、毛管吸着等温線を示す図。
【図10】 本発明の代表的な貯蔵吸収部材(この部材は粒子状ポリマー発泡体および粒子状ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを含む)を形成するための装置の構成図。
【図11】 本発明の代表的な貯蔵吸収部材を形成するための他の装置の構成図。
【図12】 図11に図示された装置を用いて製造された貯蔵吸収部材の斜視図。
【図13】 図12の一部を拡大して示す斜視図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present application relates to absorbent members for body fluids such as urine and menstruation. The present application relates to an absorbent member having a particularly high capillary suction, which member comprises an osmotic absorbent, for example a hydrogel-forming absorbent polymer.
[0002]
[Prior art]
The development of highly absorbent components used in disposable diapers, adult incontinence pads and briefs, menstrual products such as sanitary napkins is an important commercial subject of interest. A highly desirable property for these products is thinness. For example, thinner diapers are not bulky to wear, fit well with underwear, and are less noticeable. They are also more compact in packaging, making it easier for consumers to transport and store diapers. In addition, the compactness when packaged includes a small shelf area per diaper unit required in the store for manufacturers and distributors, resulting in a reduction in distribution costs.
[0003]
The ability to provide thinner absorbent products, such as diapers, is contingent on the ability to develop relatively thin absorbent cores or structures that can capture and store large amounts of excretory fluids, particularly urine. In this regard, the use of certain absorbent polymers, often referred to as “hydrogels”, “superabsorbents” or “hydrocolloid” materials, has become particularly important. For example, U.S. Pat. No. 3,699,103 issued Jun. 13, 1972, which discloses the use of such absorbent polymers (hereinafter "hydrogel-forming absorbent polymers") in absorbent products. Harper et al.) And U.S. Pat. No. 3,770,731 (Harmon), issued June 20, 1972. In fact, the development of thinner diapers typically involves the ability of these thinner absorbent cores to take advantage of the ability of these hydrogel-forming absorbent polymers to absorb large amounts of waste fluid when used in combination with a fibrous matrix. It is a direct result. For example, U.S. Pat. No. 16, issued June 16, 1987, discloses a bilayer core structure comprising a fibrous matrix and a hydrogel-forming absorbent polymer useful in making thin, compact and bulky diapers. See US Pat. No. 4,673,402 (Weisman et al.) And US Pat. No. 4,935,022 (Lash et al.) Issued June 19, 1990. Also, U.S. Pat. No. 5,562,646 (Goldman et al.) Issued Oct. 8, 1996 and U.S. Pat. No. 5,599,335 issued Feb. 4, 1997 ( See also Goldman et al.). Both relate to an absorbent core comprising a region of high concentration of hydrogel-forming polymer that forms a continuous fluid transport zone through the gel as the polymer swells.
[0004]
In addition to hydrogel-forming absorbent polymers as a key element in absorbent product storage structures, the use of polymer foam materials derived from high internal phase water / oil emulsions ("HIPE") is equated. For example, US Pat. No. 5,260,345 issued on Nov. 9, 1993 (Desmarais et al.), US Pat. No. 5,387,207 issued Feb. 7, 1995 (Dyer). (Dyer et al.) And U.S. Pat. No. 5,560,222 (Desmarez et al.), Issued July 22, 1997. Foam materials, particularly those designed to function as liquid storage / redistribution elements, have better wicking and liquid distribution properties than storage structures comprising hydrogel-forming absorbent polymers in a fibrous matrix, It offers several advantages, including high storage capacity under pressure, flexibility, etc.
[0005]
The main focus of previous work in both the hydrogel-forming absorbent polymer and HIPE foam areas is the maximization of liquid storage capacity in relatively thin materials. The hydrogel-forming absorbent polymer material absorbs liquid and provides anti-spilling and drying of the absorbent product. Once absorbed, the liquid in the absorbent polymer is firmly held by osmotic pressure, which prevents the topsheet from getting wet again by previously absorbed urine. However, if the liquid does not reach its surface, the hydrogel-forming absorbent polymer itself has little ability to absorb the liquid. This is particularly important at high capillary heights (liquid is present only in small capillaries). For example, normal softwood pulp shows little uptake at a capillary suction height of 100 cm. For this reason, it is not surprising that the mixture of pulp and hydrogel-forming absorbent polymer shows little uptake at 100 cm. Thus, despite the progress made to achieve the goal of high liquid storage capacity with thin materials, there is a continuing need to provide high storage capacity materials that also exhibit high capillary attraction. Storage materials that exhibit high capillary suction capacity allow water to be removed from other absorbent cores, such as capture and distribution materials (typically one or both of which are contained in the absorbent core of the absorbent product) Will be. By completely removing water from these other absorbent core elements, these materials will allow for better handling of further liquid attacks by the wearer. In addition to the typical high capillary suction capacity, a particularly desirable property is the ability to provide such capacity at relatively high capillary suction heights. When the product is wet with liquid, the movement of the liquid from the discharge area (ie, the product crotch) to the front or back of the product can provide good wearer comfort. As will be apparent, the ability of storage materials to remove water from other core elements, especially the dispensing material that draws liquids to high capillary heights, is particularly related to their function as absorbent material in absorbent products. Yes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, it is desirable to be able to provide a storage absorbent member having a high capillary suction capacity, which comprises a hydrogel-forming absorbent polymer or other material that absorbs liquid primarily as a result of osmotic pressure.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an absorbent member useful for confinement (eg, storage) of body fluids such as urine. These storage and absorbent members comprise at least an osmotic absorbent material (eg, a hydrogel-forming absorbent polymer) and have a high capillary suction capacity. For purposes of disclosing the present invention, the capillary suction capacity is measured based on the ability of the member to take up liquid at the relatively high capillary pressure typically encountered when the member is placed in an absorbent product. In particular, the capillary suction capacity is measured based on the capillary absorption capacity of the member, and the capillary absorption capacity is measured according to the capillary adsorption method described in the test method section below.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
I. Definition
As used herein, the term “body fluid” includes but is not limited to urine, menstruation, vaginal discharge, sweat and feces.
[0009]
As used herein, the term “absorbent core” refers to the element of an absorbent product that plays a major role in the liquid handling properties of the product (including body fluid capture, transport, distribution and storage). Say. For this reason, absorbent cores typically do not include a topsheet or backsheet of absorbent product.
[0010]
As used herein, the term “absorbent member” typically refers to an element of an absorbent core that provides one or more liquid handling properties such as liquid capture, liquid distribution, liquid transport, liquid storage, etc. That means. The absorbent member may constitute the entire absorbent core or part of the absorbent core, i.e. the absorbent core may comprise one or more absorbent members. A “storage absorbent member” is an absorbent member element of an absorbent core that functions to store primarily absorbed liquid. As described above, the storage absorbent member can also function to dispense liquid as a result of its vertical wicking capability.
[0011]
As used herein, the term “layer” refers to an absorbent member whose major dimensions are XY, ie along its length and width. It should be understood that the term layer is not necessarily limited to a single layer or sheet of material. The layer may then consist of a laminate or combination of several sheets or webs of the required type of material. Thus, the term “layer” includes the terms “layers” and “layered”.
[0012]
As used herein, the term “osmotic absorbent” refers to a material or structure that absorbs a solution depending on the chemical potential difference between the absorbed and unabsorbed solution. In general, this chemical potential difference results from the high solute concentration of the absorbed solution. In order to inhibit solute concentration homogenization due to diffusion of solute species, osmotic absorbents typically have a diffusion barrier that selectively inhibits diffusion of at least one solute species. Suitable diffusion barriers include (i) a semi-permeable reverse osmosis membrane (the membrane provides a diffusion barrier for soluble salts (eg, NaCl)), (ii) a crosslinked polyelectrolyte network (eg, used in hydrogels) (poly The electrolyte network retains counter ions dissociated inside the gel as a result of electrical neutralization considerations). Osmotic packet or chamber absorbents are described in US Pat. No. 5,108,383 (issued April 28, 1992 to White) and US Pat. No. 5,082,723 (January 21, 1992). Issued to Gross et al., Each of which is incorporated herein by reference. A particularly preferred osmotic absorbent for use in the storage absorbent member of the present invention is a hydrogel-forming absorbent polymer described in detail below.
[0013]
As used herein, the term “XY dimension” refers to a plane perpendicular to the thickness of a member, core or product. The XY dimensions typically correspond to the length and width of the member, core or product, respectively.
[0014]
As used herein, the term “region” or “zone” refers to a portion or section of an absorbent member.
[0015]
As used herein, the term “Z dimension” refers to a dimension orthogonal to the length and width of a member, core or product. The Z dimension usually corresponds to the thickness of the member, core or product.
[0016]
Also, for purposes of the present invention, the term “above” refers to an absorbent member, such as a layer, that is closest to the wearer of the absorbent product and typically relatively close to the topsheet of the absorbent product. Should be understood. Conversely, the term “downward” refers to an absorbent member that is furthest away from the wearer of the absorbent product and is typically closer to the backsheet.
[0017]
As used herein, the term “comprising” means that various elements, members, processes, etc., are used jointly in accordance with the present invention. Thus, the term “comprising” includes the more restrictive terms “consisting essentially of” and “consisting of”, the latter more restrictive term being Has a standard meaning as understood in this field.
[0018]
All percentages, ratios and proportions used herein are by weight unless otherwise specified.
[0019]
II. Capillary adsorption characteristics of storage absorbent members
The storage absorbent member of the present invention exhibits a high capillary suction capacity. For purposes of the present disclosure, this high suction capacity is measured based on the ability of the member to take up liquid at high capillary heights, typically encountered when the member is placed in an absorbent product. The capillary adsorption capacity test (also referred to herein as the capillary adsorption test) measures the amount of test liquid per gram of storage absorbent member that is taken up when the storage member is placed at various heights in the capillary adsorption device. taking measurement. The capillary adsorption capacity test is described in more detail in the test method section below. A capillary adsorption isotherm of a typical storage absorbent member is shown graphically in FIG. In particular, the capillary adsorption isotherm is shown below. (I) a storage absorbent member comprising high surface area glass ultrafine fibers and hydrogel-forming absorbent polymer particles (manufactured according to Example 1 below); (ii) high surface area polymer foam particles and hydrogel-forming absorbent. A storage absorbent member comprising polymer particles (produced according to Example 5 below); (iii) a storage absorbent member comprising large surface area cellulose acetate fibrets and hydrogel-forming absorbent polymer particles (according to Example 6 below) And (iv) a storage absorbent member (made according to Example 7 below) consisting of particles of high surface area polymer foam and particles of hydrogel-forming absorbent polymer. A capillary adsorption isotherm of a material representative of the prior art is also shown in FIG. Prior art samples consisted of about 42% cellulose fluff (Weint Hauser, Flint River Pulp, WA) and about 58% hydrogel-forming absorbent polymer (Clariant GmbH, IM7300 from Frankfurt). A 5.4 cm circular structure punched from a member made of (available below).
[0020]
In one embodiment, the high capillary suction storage absorbent member of the present invention comprises an osmotic absorbent (preferably a hydrogel-forming absorbent material) and is at least about 12 g / g, preferably at least about 35 cm high. It has a capillary adsorption capacity of 14 g / g, more preferably at least about 16 g / g, more preferably at least about 20 g / g, more preferably at least about 22 g / g, even more preferably at least about 35 g / g. Typically, these storage absorbent members are about 12 g / g to about 60 g / g or no more than about 70 g / g, more typically about 14 g / g to about 50 g / g or 35 cm high. At most about 60 g / g, more typically from about 16 g / g to about 40 g / g or at most about 55 g / g, more typically from about 20 g / g to about 50 g / g, more typically about It will have a capillary adsorption capacity of 22 g / g to about 45 g / g.
[0021]
In other embodiments, the high capillary suction storage absorbent member comprises an osmotic absorbent (preferably a hydrogel-forming absorbent material) and is at least about 7 g / g, preferably at least about 9 g / g at a height of 50 cm. More preferably at least about 12 g / g, even more preferably at least about 16 g / g, even more preferably at least about 21 g / g, even more preferably at least about 30 g / g. Typically, these storage absorbent members are about 7 g / g to about 40 g / g or at most about 60 g / g, more typically about 9 g / g to about 35 g / g or 50 cm in height. At most about 50 g / g, even more typically from about 12 g / g to about 30 g / g or at most about 45 g / g, even more typically from about 16 g / g to about 40 g / g, more typically Will have a capillary adsorption capacity of about 21 g / g to about 35 g / g.
[0022]
In yet another aspect, the high capillary suction storage absorbent member comprises an osmotic absorbent (preferably a hydrogel-forming absorbent material) and is at least about 4 g / g, preferably at least about 6 g / g at a height of 100 cm. g, more preferably at least about 8 g / g, even more preferably at least about 12 g / g, even more preferably at least about 17 g / g, even more preferably at least about 25 g / g. Typically, these storage absorbent members are from about 4 g / g to about 30 g / g or at most about 50 g / g, more typically from about 6 g / g to about 25 g / g or 100 cm high. At most about 45 g / g, even more typically from about 8 g / g to about 20 g / g or at most about 40 g / g, even more typically from about 12 g / g to about 35 g / g, even more typical Will have a capillary adsorption capacity of about 17 g / g to about 30 g / g.
[0023]
In yet another aspect, the high capillary suction storage absorbent member comprises an osmotic absorbent (preferably a hydrogel-forming absorbent material) and is at least about 4 g / g, preferably at least about 5 g / g at a height of 140 cm. g, more preferably at least about 7 g / g, even more preferably at least about 10 g / g, even more preferably at least about 14 g / g, even more preferably at least about 23 g / g. Typically, these storage absorbent members are at a height of 140 cm, from about 4 g / g to about 28 g / g or at most about 45 g / g, more typically from about 5 g / g to about 23 g / g or At most about 40 g / g, even more typically from about 7 g / g to about 18 g / g or at most about 35 g / g, even more typically from about 10 g / g to about 30 g / g, even more typical Will have a capillary adsorption capacity of about 14 g / g to about 25 g / g.
[0024]
In yet another aspect, the high capillary suction storage absorbent member comprises an osmotic absorbent (preferably a hydrogel-forming absorbent material) and is at least about 3 g / g, preferably at least about 4 g / g at a height of 200 cm. g, more preferably at least about 6 g / g, even more preferably at least about 8 g / g, even more preferably at least about 11 g / g, even more preferably at least about 20 g / g. Typically, these storage absorbent members are about 3 g / g to about 25 g / g or no more than about 40 g / g, more typically about 4 g / g to about 20 g / g or 200 cm high. At most about 35 g / g, even more typically from about 6 g / g to about 15 g / g or at most about 30 g / g, even more typically from about 8 g / g to about 25 g / g, even more typical Will have a capillary adsorption capacity of about 11 g / g to about 23 g / g.
[0025]
In addition to or instead of defining the high capillary suction capacity of the members of the present invention based on the capillary absorption capacity, particularly preferred members (eg, those where the high surface area material is a polymer foam) are of high height. It can also be characterized by its ability to take up liquid initially at a relatively fast rate. A high capillary suction member that exhibits both high uptake at high suction and high initial effective uptake rate is due to its high capillary suction material and the extent of partitioning from other absorbent core members (eg capture material or dispensing material) and its The speed should be improved conveniently and should give the user a good feeling of dryness. For purposes of this disclosure, the latter property is referred to herein as the “initial effective uptake rate at 200 cm capillary suction height” of the member (herein referred to as “initial effective uptake rate at 200 cm”). ), Reported in units of g / g / hour. The initial effective uptake rate of the storage absorbent member is calculated by dividing the capillary suction absorption capacity at 200 cm by the time spent at 200 cm. Capillary suction absorption capacity and time are readily determined by using the capillary adsorption method described in detail in the Test Methods section below. Although not required, a particularly preferred storage absorbent member is an initial at 200 cm of at least about 3 g / g / hr, more preferably at least about 4 g / g / hr, most preferably at least about 8 g / g / hr. Will have an effective uptake rate. Typically, the initial effective uptake rate at 200 cm is about 3 to about 15 g / g / hr, more typically about 4 to about 12 g / g / hr, and even more typically about 8 to about 12 g. / G / hr.
[0026]
The above-mentioned minimum capillary absorption capacity is important by the absorbent member of the present invention, but the member should have a capillary absorption capacity of at least 15 g / g at zero head pressure (ie at 0 cm in the capillary adsorption test). Not preferred). In other preferred embodiments, the absorbent member will exhibit the required g / g uptake together at at least two suction heights. Thus, for example, a preferred storage absorbent member will have two or more of the following characteristics: (I) at a height of 35 cm, at least about 12 g / g, preferably at least about 14 g / g, more preferably at least about 16 g / g, even more preferably at least about 20 g / g, even more preferably at least about 22 g / g g, even more preferably at least about 35 g / g capillary adsorption capacity; (ii) at a height of 50 cm, at least about 7 g / g, preferably at least about 9 g / g, more preferably at least about 12 g / g, further More preferably at least about 16 g / g, even more preferably at least about 21 g / g, even more preferably at least about 30 g / g capillary absorption capacity; (iii) at a height of 100 cm, at least about 4 g / g, preferably Is at least about 6 g / g, more preferably at least about 8 g / g, even more preferred Or at least about 12 g / g, even more preferably at least about 17 g / g, even more preferably at least about 25 g / g capillary absorption capacity; (iv) at a height of 140 cm, at least about 4 g / g, preferably A capillary adsorption capacity of at least about 5 g / g, more preferably at least about 7 g / g, even more preferably at least about 10 g / g, even more preferably at least about 14 g / g, even more preferably at least about 23 g / g; (V) at a height of 200 cm, at least about 3 g / g, preferably at least about 4 g / g, more preferably at least about 6 g / g, even more preferably at least about 8 g / g, even more preferably at least about 11 g / g. g, even more preferably at least about 20 g / g capillary adsorption capacity.
[0027]
In yet another aspect, the storage absorbent member of the present invention exhibits relatively high absorption efficiency (hereinafter referred to as “capillary absorption efficiency”) relative to the capacity of the member at zero head pressure at various heights. Can be characterized based on The capillary absorption efficiency at a given suction height is determined by dividing the capillary suction absorption capacity of the member at that given height by the capillary suction absorption capacity of that material at zero head pressure. In this regard, in one aspect, the absorbent member has a zero height height of at least about 15 g / g, preferably at least about 20 g / g, more preferably at least about 40 g / g, more preferably at least about 60 g / g capillary adsorption. Have an absorption capacity and have a capillary absorption efficiency of at least about 25%, preferably at least about 40%, even more preferably at least about 60%, even more preferably at least about 70% at a height of 100 cm. Let's go. In other embodiments, the absorbent member has a capillary adsorption capacity at zero height of at least about 15 g / g, preferably at least about 20 g / g, more preferably at least about 40 g / g, more preferably at least about 60 g / g. And at a height of 50 cm will have a capillary absorption efficiency of at least 30%, preferably at least 50%, more preferably at least 70%, even more preferably at least about 80%. In yet another aspect, the absorbent member has a capillary adsorption capacity at zero height of at least about 15 g / g, preferably at least about 20 g / g, more preferably at least about 40 g / g, more preferably at least about 60 g / g. And at a height of 35 cm will have a capillary absorption efficiency of at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 85%, even more preferably at least about 90%.
[0028]
In another aspect, the preferred storage absorbent member of the present invention is a relatively high intermediate absorbent height, defined as the height at which the member has a capillary absorbent capacity of 50% of the capillary absorbent capacity at 0 cm height. Would have. In this regard, in one aspect, the absorbent member has a zero height height of at least about 15 g / g, preferably at least about 20 g / g, more preferably at least about 40 g / g, more preferably at least about 60 g / g capillary adsorption. Has an absorption capacity and is at least about 35 cm, more preferably at least about 40 cm, even more preferably at least about 50 cm, even more preferably at least about 100 cm, even more preferably at least about 130 cm, even more preferably at least about 200 cm. It will have an intermediate absorption height.
[0029]
III. Highly absorbent storage element
As indicated above, the storage absorbent member of the present invention comprises an osmotic absorbent, such as a hydrogel-forming absorbent polymer, and a high surface area material that facilitates the transport of bodily fluids to the osmotic absorbent. Exemplary materials useful for preparing the storage absorbent member of the present invention are described in detail below. Although other osmotic absorbents may be used for the storage member, hydrogel-forming absorbent polymers are preferred. Therefore, these materials will be described in detail.
[0030]
A. Hydrogel-forming absorbent polymer
1. Chemical composition
The storage absorbent member of the present invention preferably has at least one hydrogel-forming absorbent polymer (also referred to as a hydrogel-forming polymer). Hydrogel-forming polymers useful in the present invention include water-swellable polymers that are insoluble in various waters but can absorb large amounts of liquid. Such hydrogel-forming polymers are well known in the art, and any of these materials are useful in the high capillary suction absorbent member of the present invention.
[0031]
Hydrogel-forming absorbent polymer materials, also commonly referred to as “hydrocolloid” or “superabsorbent” materials, are polysaccharides such as carboxymethyl starch, carboxymethylcellulose, and hydroxypropylcellulose; polyvinyl alcohol and polyvinyl ether Nonionic types such as: polyvinylvinylidene, polyvinylmorpholinion, and cationic types such as N, N-dimethylaminoethyl or N, N-diethylaminopropyl acrylate and methacrylate, and their respective quaternary salts Can be included. Typically, hydrogel-forming absorbent polymers useful in the present invention have a plurality of anionic functional groups such as sulfonic acids, and more typically carboxy groups. Examples of suitable polymers for use herein include those prepared from polymerizable unsaturated acid-containing monomers. Thus, such monomers include olefinic unsaturated acids and anhydrides containing at least one carbon-carbon olefinic double bond. More specifically, these monomers can be selected from olefinically unsaturated carboxylic acids and anhydrides, olefinically unsaturated sulfonic acids, and mixtures thereof. As noted above, the nature of the hydrogel-forming absorbent polymer is not critical to the members of the present invention. Nevertheless, the selection of the optimal polymer material may enhance the performance characteristics of the members of the present invention. The following describes the preferred properties of the absorbent polymer useful herein. These properties should not be construed as limiting. Rather, they simply represent the progress that has occurred in absorbent polymer technology over the last few years.
[0032]
Here, in the preparation of the hydrogel-forming absorbent polymer, a part of the non-acid monomer may be contained usually in a very small amount. Such non-acid monomers include, for example, water-soluble or water-dispersible esters of acid-containing monomers, and monomers that do not contain any carboxylic acid or sulfonic acid groups. Thus, optional non-acid monomers can contain monomers containing the following types of functional groups: carboxylic or sulfonate esters, hydroxyl groups, amide groups, amino groups, nitrile groups, quaternary ammonium bases. An aryl group (eg, a phenyl group such as that derived from a styrene monomer). These non-acid monomers are well known materials such as US Pat. No. 4,076,663 (Masuda et al.) Issued on Feb. 28, 1978, and U.S. Patent issued on Dec. 13, 1977. No. 4,062,817 (Westerman) is described in great detail, both of which are incorporated herein by reference.
[0033]
Olefinic unsaturated carboxylic acid and carboxylic anhydride monomers include acrylic acid itself, methacrylic acid, ethacrylic acid, α-chloroacrylic acid, a-cyanoacrylic acid, β-methylacrylic acid (crotonic acid), α-phenyl Acrylic acid, β-acryloxypropionic acid, sorbic acid, α-chlorosorbic acid, angelic acid, cinnamic acid, p-chlorocinnamic acid, β-sterylacrylic acid, itaconic acid, citroconic acid, mesaconic acid, glutaconic acid, Included are acrylic acids such as aconitic acid, maleic acid, fumaric acid, tricarboxyethylene and maleic anhydride.
[0034]
Examples of olefinic unsaturated sulfonic acid monomers include aliphatic or aromatic vinyl sulfonic acids such as vinyl sulfonic acid, allyl sulfonic acid, vinyl toluene sulfonic acid and styrene sulfonic acid; sulfoethyl acrylate, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl acrylate Acrylic and methacrylic sulfonic acids such as sulfopropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-methacryloxypropyl sulfonic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid.
[0035]
Preferred hydrogel-forming absorbent polymers for use in the present invention contain carboxy groups. These polymers include hydrolyzed starch-acrylonitrile graft copolymer, partially neutralized hydrolyzed starch-acrylonitrile graft copolymer, starch-acrylic acid graft copolymer, partially neutralized starch. -Acrylic acid graft copolymer, saponified vinyl acetate-acrylic ester copolymer, hydrolyzed acrylonitrile or acrylamide copolymer, slightly network cross-linked polymer of any of the above copolymers, partially neutralized Polyacrylic acid and slightly network cross-linked polymers of partially neutralized polyacrylic acid are included. These polymers can be used either alone or in the form of a mixture of two or more different polymers. Examples of these polymeric materials are US Pat. No. 3,661,875, US Pat. No. 4,076,663, US Pat. No. 4,093,776, US Pat. No. 4,666,983, and US Pat. This is disclosed in Japanese Patent No. 4,734,478.
[0036]
The most preferred polymeric material used in the preparation of the hydrogel-forming absorbent polymer is a slightly network crosslinked polymer of partially neutralized polyacrylic acid and its starch derivative. Most preferably, the hydrogel-forming absorbent polymer comprises from about 50 to about 95%, preferably about 75% neutralized and slightly network cross-linked polyacrylic acid (ie poly (sodium acrylate / acrylic acid)). Network cross-linking renders the polymer substantially insoluble in water and, in part, determines the absorption capacity and extractable polymer content characteristics of the hydrogel-forming absorbent polymer. Processes for network crosslinking of these polymers and representative network crosslinkers are described in greater detail in US Pat. No. 4,076,663.
[0037]
The hydrogel-forming absorbent polymer is preferably one type (ie, homogeneous), although mixtures of polymers can be used in the present invention. For example, in the present invention, a mixture of a starch-acrylic acid graft copolymer and a slightly network crosslinked polymer of partially neutralized polyacrylic acid can be used.
[0038]
The hydrogel forming polymer component may be in the form of a mixed bed ion exchange composition comprising a cation exchange hydrogel forming absorbent polymer and an anion exchange hydrogel forming absorbent polymer. Such a mixed bed ion exchange composition is, for example, US patent application Ser. No. 09 / 003,565 filed Jan. 7, 1998 by Hird et al. (P & G Case 6975-name “having high adsorption capacity under pressure. ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS HAVING HIGH SORPTION CAPACITIES UNDER AN APPLIED PRESSURE); US patent application Ser. No. 09 / 003,905 filed Jan. 7, 1998 (P & G cases 6976 and 6976R). -Name “ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS WITH HIGH SORPTION CAPACITY AND HIGH FLUID PERMEABILITY UNDER AN APPLIED PRESSURE”); January 7, 1998 by Ashraf et al. US patent application Ser. No. 09 / 003,918 filed on the same day (P & G case 6977-name “under pressure” ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS WITH HIGH SORPTION CAPACITY UNDER AN APPLIED PRESSURE AND IMPROVED INTEGRITY IN THE SWOLLEN STATE) ”); and Hird et al., 1999, 3 US Patent Application No. (P & G Case 7432-Named “ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS HAVING HIGH SORPTION CAPACITIES UNDER AN APPLIED PRESSURE”) filed on Jan. 1 The disclosures of each of which are incorporated herein by reference.
[0039]
Hydrogel-forming absorbent polymers useful in the present invention can have a wide variety of sizes, shapes and / or morphologies. These polymers may be in the form of particles (eg, granules, powders, interparticle aggregates, interparticle cross-linked aggregates, etc.) that do not have a large ratio of maximum dimension to minimum dimension, and fibers, sheets, films, It may be in the form of a foam or flake. The hydrogel-forming absorbent polymer may consist of a mixture with low levels of one or more additives such as powdered silica, surfactants, glues, binders and the like. The components in the mixture may be physically and / or chemically associated in such a way that the hydrogel-forming polymer component and the non-hydrogel-forming polymer additive are not easily physically separable.
[0040]
The hydrogel-forming absorbent polymer may be essentially non-porous (ie without internal porosity) or may have substantial internal porosity.
[0041]
For particles as described above, particle size is defined as the dimension measured by sieve size analysis. Thus, for example, particles retained on a US standard test sieve having an aperture of 710 microns (eg, No. 25 US series alternative sieve display) are considered to have a size greater than 710 microns; Particles that pass through but are retained on a 500 micron sieve (eg No. 35 US series alternative sieve display) are considered to have a particle size between 500 and 710 μm; and a 500 micron sieve Particles passing through are considered to have a size of less than 500 μm. The mass median particle size of a given sample of hydrogel-forming absorbent polymer particles is defined as the particle size that divides the sample in half on a mass basis. That is, half of the sample by weight will have a particle size smaller than the mass median size and half of the sample will have a particle size larger than the mass median size. When the 50% mass value does not correspond to the opening size of a US standard test sieve, typically the standard particle size plot method (retained on an opening of a given sieve size is used to determine the mass median particle size. Or the cumulative weight percent of the particle sample passing through the aperture is plotted on the probability paper against the size of the sieve aperture). These methods for measuring the size of hydrogel-forming absorbent polymer particles are described in detail in US Pat. No. 5,061,259 (Goldman et al.), Issued Oct. 29, 1991, This is incorporated herein by reference.
[0042]
For hydrogel-forming absorbent polymer particles useful in the present invention, the particles will generally have a size in the range of about 1 to about 2,000 μm, more preferably about 20 to about 1,000 μm. The mass median particle size will generally be from about 20 to about 1,500 μm, more preferably from about 50 μm to about 1,000 μm, even more preferably from about 100 μm to about 800 μm.
[0043]
If relatively high concentrations of hydrogel-forming absorbent polymer are used in the absorbent member of the present invention (eg, 40-60% or more by weight), further properties of the absorbent polymer may be relevant. In such embodiments, the material is made from US Pat. No. 5,562,646 issued to Goldman et al. On Oct. 8, 1996, and US Pat. No. 5,562 issued to Goldman et al. On Feb. 4, 1997. May have one or more of the characteristics described by 599,335, the disclosure of each of which is incorporated herein by reference.
[0044]
2. Production method
The basic hydrogel-forming absorbent polymer can be formed by any conventional method. A typical and preferred process for making these polymers is described in US Reissue Patent No. 32,649 (Brandt et al.) Issued April 19, 1988, US issued May 19, 1987. No. 4,666,983 (Tsubakimoto et al.) And US Pat. No. 4,625,001 (Tsubakimoto et al.) Issued Nov. 25, 1986, all of which are incorporated herein by reference. Incorporated in the description.
[0045]
A preferred method for forming the basic hydrogel-forming absorbent polymer is a method comprising an aqueous solution or other solution polymerization method. As described in US Reissue Pat. No. 32,649 referenced above, the aqueous polymerization process involves the use of an aqueous reaction mixture to effect the polymerization. The aqueous reaction mixture is then subjected to polymerization conditions sufficient to produce a slightly network cross-linked polymer that is substantially insoluble in water in the mixture. The formed polymer mass is then crushed or cut to form individual particles.
[0046]
More specifically, an aqueous solution polymerization method for producing a hydrogel-forming absorbent polymer involves the preparation of an aqueous reaction mixture for performing polymerization therein. One element of such a reaction mixture is an acid group-containing monomer that will form the “backbone” of the hydrogel-forming absorbent polymer produced. The reaction mixture will generally contain about 100 parts by weight of monomer. Another component of the aqueous reaction mixture includes a network crosslinker. Network crosslinkers useful for forming hydrogel-forming absorbent polymers according to the present invention are the above-referenced US Reissue Patent No. 32,649, US Pat. No. 4,666,983 and US Pat. No. 4,625,001. Is described in more detail in the issue. The network crosslinker will generally be present in the aqueous reaction mixture in an amount from about 0.001 mole percent to about 5 mole percent, based on the total moles of monomer present in the aqueous mixture (100 parts by weight of monomer). From about 0.01 to about 20 parts by weight). Optional components of the aqueous reaction mixture include, for example, sodium, potassium and ammonium persulfates, caprylyl peroxide, benzoyl peroxide, hydrogen peroxide, cumene hydroperoxide, tertiary butyl diperphthalate, tertiary butyl perbenzoate, peroxide. It consists of a free radical initiator containing peroxygen compounds such as sodium acetate, sodium percarbonate and the like. Other optional components of the aqueous reaction mixture consist of a variety of non-acidic comonomers including esters of essential unsaturated acid functional group-containing monomers or other comonomers that do not contain any other carboxylic or sulfonic acid functional groups.
[0047]
The aqueous reaction mixture is subjected to polymerization conditions sufficient to produce a slightly network crosslinked polymer of the hydrogel-forming absorbent that is substantially insoluble in water but water swellable in the mixture. Polymerization conditions are also discussed in more detail in the above three patents. Such polymerization conditions generally include heating to a polymerization temperature of about 0 ° C. to about 100 ° C., more preferably about 5 ° C. to about 40 ° C. (thermal activation method). The polymerization conditions under which the aqueous reaction mixture is maintained may include, for example, subjecting the reaction mixture or portions thereof to any conventional polymerization activating radiation. Irradiation with radiation, electron beam, ultraviolet light or electromagnetic waves is an alternative conventional polymerization method.
[0048]
Also, the acidic functional groups of the hydrogel-forming absorbent polymer formed in the aqueous reaction mixture are preferably neutralized. Neutralization is any acid group-containing monomer that is neutralized with a salt-forming cation, which results in at least 25 mole percent, more preferably at least about 50 mole percent of all monomers utilized to form the polymer. The conventional method can be used. Such salt-forming cations include, for example, alkali metals, ammonium, substituted ammonium and amines as discussed in detail in US Reissue Pat. No. 32,649 referenced above.
[0049]
Although it is preferred to produce hydrogel-forming absorbent polymers in the form of microparticles using an aqueous solution polymerization process, the polymerization process is carried out using a multiphase polymerization process such as an inverse emulsion polymerization method or an inverse suspension polymerization method. You can also. In inverse emulsion polymerization or inverse suspension polymerization, an aqueous reaction mixture as described above is suspended in the form of small droplets in a matrix of an inert organic solvent that is immiscible in water, such as cyclohexane. The resulting hydrogel-forming absorbent polymer particles are generally spherical in shape. Inverse suspension polymerization methods are described in US Pat. No. 4,340,706 (Obayashi et al.) Issued July 20, 1982, US Pat. No. 4,506,052 issued March 19, 1985. (Flesher et al.), And U.S. Pat. No. 4,735,987 (Morita et al.) Issued April 5, 1988, all of which are incorporated herein by reference. .
[0050]
Surface cross-linking of the initially formed polymer may be beneficial in the context of the present invention, a relatively high porosity hydrogel layer ("PHL"), performance under pressure ("PUP") capacity and brine flow A preferred process for obtaining a hydrogel-forming absorbent polymer having a conductivity (“SFC”) value. A general method suitable for surface cross-linking of hydrogel-forming absorbent polymers according to the present invention is described in US Pat. No. 4,541,871 (Obayashi), issued September 17, 1985; October 1992. PCT Application No. WO92 / 16565 (Stanley) published on 1st; PCT Application No. WO90 / 08789 (Tai) published on 9th August 1990; PCT Application published on 18th March 1993 WO 93/05080 (Stanley); US Pat. No. 4,824,901 issued on April 25, 1989 (Alexander); US Pat. No. 4,789,861 issued on January 17, 1989 (Johnson); US Pat. No. 4,587,308 issued on May 6, 1986 (Makita); US Pat. No. 4,734,478 issued on March 29, 1988 (Tsuba) kimoto); U.S. Pat. No. 5,164,459 issued on November 17, 1992 (Kimura et al.); Published German Patent Application No. 4,020,780 published on August 29, 1991 (Dahmen) And published European Patent Application No. 509,708 (Gartner) published Oct. 21, 1992, all of which are incorporated herein by reference. See also US Pat. No. 5,562,646 issued on Oct. 8, 1996 (Goldmann et al.) And US Pat. No. 5,599,335 issued on Feb. 4, 1997 (Goldmann et al.). I want.
[0051]
Hydrogel-forming absorbent polymer particles prepared according to the present invention are typically substantially dry. The term “substantially dry” as used herein refers to a liquid content in which the particles are less than about 50%, preferably less than about 20%, more preferably less than about 10% by weight of the particles. , Typically means having a water or other solution content. Generally, the liquid content of the hydrogel-forming absorbent polymer particles is in the range of about 0.01% to about 5% by weight of the particles. Individual particles can be dried by any conventional method, such as by heating. Alternatively, if the particles are formed using an aqueous reaction mixture, water may be removed from the reaction mixture by azeotropic distillation. The polymer-containing aqueous reaction mixture can also be treated with a dehydrating solvent such as methanol. Combinations of these drying methods can also be used. The polymer mass from which the water has been removed may then be cut or ground to form substantially dry particles of the hydrogel-forming absorbent polymer.
[0052]
B. Large surface area material
In addition to the osmotic absorbent (eg, hydrogel-forming absorbent polymer), the storage absorbent member of the present invention includes a high surface area material. It is this high surface area material that, by itself or in combination with, for example, a hydrogel-forming absorbent polymer, gives the member a high capillary adsorption capacity. As far as discussed herein, in at least one aspect, large surface area materials can be absorbed into their capillary adsorption capacity (hydrogel-forming polymers or other optional materials included in the actual storage absorbent member, such as adhesives, (Measured without including a binder or the like). It is recognized that materials with large surface areas can have uptake capabilities at very high suction heights (eg, 100 cm or more). This allows large surface area materials to provide one or both of the following functions. i) Capillary pathway to liquid osmotic absorbent, and / or ii) additional absorption capacity. Thus, although large surface area materials can be described by their surface area per weight or volume, the applicant instead uses the capillarity absorption capacity herein to describe large surface area materials. This is because the capillary adsorption capacity is generally a performance parameter that provides the suction capacity necessary to provide the absorbent member of the present invention with an improved absorbent product. It is recognized that certain high surface area materials, such as glass microfibers, by themselves do not exhibit a particularly high capillary absorption capacity at all heights, especially at very high heights (eg, 100 cm and above). It will be. Nonetheless, such materials are desirable for hydrogel-forming absorbent polymers or other osmotic absorbents when combined with hydrogel-forming absorbent polymers or other osmotic absorbents, which is desirable for hydrogel-forming absorbent polymers or other osmotic absorbents. And may provide the necessary capillary adsorption capacity.
[0053]
Any material with sufficient capillary adsorption capacity will be useful in the storage absorbent member of the present invention when used in combination with a hydrogel-forming absorbent polymer or other osmotic absorbent. In this context, the term “high surface area material” is used by itself (ie when measured without including any other optional materials that make up the osmotic absorbent or storage absorbent member): Any material that exhibits one or more of the capillarity absorption capacity. (I) Capillary at least about 2 g / g, preferably at least about 3 g / g, even more preferably at least about 4 g / g, and even more preferably at least about 6 g / g at a height of 100 cm, with a suction height of 100 cm Adsorption capacity; (II) Capillary adsorption capacity of at least about 5 g / g, preferably at least about 8 g / g, more preferably at least about 12 g / g at a height of 35 cm; (III) At least about at a height of 50 cm Capillary adsorption / absorption capacity of 4 g / g, preferably at least about 7 g / g, more preferably at least about 9 g / g; (IV) at least about 1 g / g at a height of 140 cm, preferably at least about 2 g / g, more preferably Is at least about 3 g / g, even more preferably at least about 5 g / g capillary adsorption capacity; or (V) 200 cm A capillary adsorption capacity of at least about 1 g / g in height, preferably at least about 2 g / g, more preferably at least about 3 g / g, even more preferably at least about 5 g / g.
[0054]
In one embodiment, the high surface area material is fibrous in character (hereinafter “high surface area fibers”) and is a fibrous web or fiber when combined with a hydrogel-forming absorbent polymer or other osmotic absorbent. Will result in a matrix. Instead, and in a particularly preferred embodiment, the high surface area material will be an open cell hydrophilic polymer foam (hereinafter "large surface area polymer foam" or more generally "polymer foam"). These materials are described in detail below.
[0055]
1. Large surface area fiber
High surface area fibers useful in the present invention include naturally occurring (modified or non-modified) fibers and synthetically produced fibers. High surface area fibers have a much larger surface area than fibers typically used in absorbent products, such as wood pulp fibers. The high surface area fibers used in the present invention will desirably be hydrophilic. As used herein, the term “hydrophilic” refers to a fiber or surface of a fiber that is wetted by an aqueous liquid (eg, aqueous body fluid) deposited on these fibers. Hydrophilicity and wettability are typically defined by the contact angle and surface tension between the liquid and solid involved. This is because Robert F. et al. It is discussed in detail in an American Chemical Society publication (Copyright 1964) entitled “Contact Angle, Wettability and Adhesion” edited by Gould. The fiber or the surface of the fiber has a contact angle between the liquid and the fiber or its surface of less than 90 °, or when the liquid tends to spread naturally across the surface of the fiber (both states are usually co-existing) In either case, it is said to be wetted (ie hydrophilic) by the liquid. Conversely, a fiber or its surface is considered hydrophobic if the contact angle is greater than 90 ° and the liquid does not spread naturally across the surface of the fiber. The hydrophilic nature of the fiber useful herein may be unique to the fiber, or it may be a fiber that is originally a hydrophobic fiber but treated to make it hydrophilic. Materials and methods for imparting hydrophilic properties to inherently hydrophobic fibers are well known.
[0056]
High surface area fibers useful herein will have a capillary suction specific surface area in the same range as the polymer foam described below. However, typically high surface area fibers are characterized based on the well-known BET surface area.
[0057]
High surface area fibers useful herein include glass ultrafine fibers such as glass wool available from Evanite Fiber Corp. (Corvallis, Oregon). Glass ultrafine fibers useful herein will typically have a fiber diameter of less than about 0.8 μm, more typically from about 0.1 μm to about 0.7 μm. These ultrafine fibers are at least about 2 m 2 / G, preferably at least about 3 m 2 / G surface area. Typically, the surface area of the glass microfiber is about 2 m. 2 / G to about 15m 2 / G. A typical glass ultrafine fiber used here is available from Evanite Fibers as type 104 glass fiber and has a nominal fiber diameter of about 0.5 μm. These glass ultrafine fibers are about 3.1m 2 / G surface area calculated.
[0058]
Another type of high surface area fiber useful herein is fibrillated cellulose acetate fiber. These fibers (referred to herein as “fibrets”) have a large surface area compared to cellulose-derived fibers commonly used in the technical field of absorbent products. Such fibrets have very small diameter regions such that their particle size is typically about 0.5 to about 5 μm. These fibrets typically have a surface area of about 20 m @ 2 / g. A representative fibrette useful herein as a high surface area material is available as Cellulose Acetate Fibret® from Hoechst Celanese Cop. (Charlotte, NC). For a detailed discussion of fibrets, including their physical properties and methods for their preparation, see “Cellulose Acetate Fibrets: A Fibrillated Pulp With High Surface Area. , "Smith, JE, Tappi Journal, Dec. 1988, p.237; and US Pat. No. 5,486,410 (Groeger et al.), Issued January 23, 1996 (see their respective disclosures). (Incorporated herein by reference).
[0059]
In addition to these fibers, those skilled in the art will recognize that other fibers well known in the absorbent art can be modified to provide high surface area fibers for use herein. Exemplary fibers that can be modified to achieve the high surface area required by the present invention are disclosed in the aforementioned US Pat. No. 5,599,335 (see particularly columns 21-24).
[0060]
Regardless of the nature of the high surface area fibers used, the fibers and osmotic absorbent will be separate materials before being combined. As used herein, the term “discrete” means that the high surface area fibers and osmotic absorbent are each formed prior to being combined to form a storage absorbent member. In other words, the high surface area fibers are not formed following mixing with the osmotic absorbent, nor is the osmotic absorbent formed after combination with the high surface area fibers. Combining the separate respective components ensures that the high surface area fibers have the desired morphology and, more importantly, the desired surface area.
[0061]
2. High surface area polymer foam
Useful high surface area polymer foams are described in several aspects below based on their physical properties. In order to measure some of these properties, it is necessary to analyze the foam in the form of a sheet. Thus, the foam is used in the form of particles, but as long as it is prepared from a pre-formed sheet, physical property measurements are performed on the sheet-like foam (ie before forming the particles). Will be done. If the foam is formed into particles (ie, beads) in situ during the polymerization process, similar foams (in terms of chemical composition, cell size, W: O ratio, etc.) are sheeted for purposes of making these measurements. You may shape | mold.
[0062]
(A) Properties of general polymer foam
High surface area polymer foams useful in the high capillary suction storage and absorbent member of the present invention are known in the art. Particularly preferred foams are those obtained by polymerizing high internal phase water / oil emulsions and are described, for example, in US Pat. No. 5,387,207 and US Pat. No. 5,650,222. Is. Another particularly preferred polymer foam is a co-pending US patent application 09/09/09 filed March 13, 1998 by T. DesMarais et al. Entitled “HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS”. / 042,429 (P & G Case 7052) and T. DesMarais et al. Entitled “Absorptive Materials for Distributing Aqueous Liquids” filed March 13, 1998 US patent application Ser. No. 09 / 042,418 (P & G Case 7051), the disclosures of each of which are incorporated herein by reference. (Specific preferred foams described in one or both of these co-pending applications are described in the Examples section below.) Useful polymer foams here are relatively open-celled. It is. This means that many of the individual cells of the foam are in undisturbed communication with neighboring cells. Cells in such a relatively open cell foam structure have an inter-cell opening or “window” that is large enough to allow easy liquid transfer from one cell to another within the foam structure. Is included.
[0063]
These relatively open cell foam structures generally have a reticulated feature with individual cells defined by a plurality of webs that are interconnected and three-dimensionally branched. The strands of polymer material that make up these branched webs can be referred to as “struts”. For the purposes of the present invention, the most preferred foam material will have at least about 80% cells in the foam structure that are at least 1 μm in size and in liquid communication with at least one adjacent cell.
[0064]
In addition to being open-celled, these polymer foams are sufficiently hydrophilic to allow the foam to absorb aqueous liquids. The inner surface of the foam structure is rendered hydrophilic by residual hydrophilizing surfactant remaining in the foam structure after polymerization, or by selected post-polymerization foam treatment methods, as described below. .
[0065]
The degree to which these polymer foams are “hydrophilic” can be quantified by the “adhesion tension” value shown when in contact with an absorbable test solution. The adhesion tension exhibited by these foams can be measured experimentally using a method that measures the uptake weight of a test fluid, such as synthetic urine, for a sample having a known size and capillary suction specific surface area. . Such a method is described in detail in the Test Methods section of US Pat. No. 5,387,207. The foam, which is a high surface area material useful in the present invention, generally has a surface tension of about 65 ± 5 dynes / cm, as measured by capillary suction uptake of synthetic urine, about 15 to about 65 dynes / cm, more preferably It exhibits an adhesion tension value of about 20 to about 65 dynes / cm.
[0066]
The polymer foam useful herein is preferably prepared in a collapsed (ie, unexpanded) form, the polymer foam absorbs such liquid when contacted with aqueous liquid, and the amount absorbed absorbs capillary and confining pressures. Expands below the expansion pressure of the foam (described below). These collapsed polymer foams are usually obtained by squeezing the aqueous phase from the polymerized HIPE foam by compressive force and / or heat drying and / or vacuum dehydration. After compression and / or heat drying and / or vacuum dehydration, these polymer foams become crushed, ie not expanded.
[0067]
A typical collapsed HIPE foam cell structure with water squeezed out by compression is shown in the photomicrographs of FIGS. 3 and 4 of the aforementioned US Pat. No. 5,650,222. As shown in these figures, the cellular structure of the foam is distorted, especially when compared to the expanded HIPE foam structure shown in FIGS. 1 and 2 of the '222 patent. Also, as can be seen from FIGS. 3 and 4 of the '222 patent, voids or pores (dark areas) in the collapsed foam structure are flat or elongated. (It is noted that the foam shown in the '222 patent is in the form of a sheet; as explained below, a foam in the form of a sheet is useful here, but in a preferred embodiment the foam is In the form of particles). Another useful HIPE-derived foam cell structure (in an expanded state) useful herein is shown herein in FIGS. 3 and 4. The preparation of this particular foam and related foams is described herein in Examples 2-4, and these ultra-high surface area foams are entitled “HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS”. Co-pending US patent application Ser. No. 09 / 042,429 (P & G Case 7052) filed Mar. 13, 1998 by TADesMarais et al. And “ABSORBENT MATERIALS FOR DISTRIBUTING AQUEOUS LIQUIDS Are described in more detail in co-pending US patent application Ser. No. 09 / 042,418 (P & G Case 7051) filed Mar. 13, 1998 by TADesMarais et al. Which is incorporated herein by reference.
[0068]
Following compression and / or heat drying / vacuum dewatering, the collapsed polymer foam can be re-expanded when wetted by an aqueous liquid. Surprisingly, these polymer foams remain in this collapsed or unexpanded state for a considerable period, for example up to at least about one year. The ability of these polymer foams to remain in this collapsed / unexpanded state is believed to be due to capillary forces, and particularly the capillary pressure generated within the foam structure. As used herein, “capillary pressure” refers to the pressure differential across the liquid / air interface due to the curvature of the meniscus within a narrow range of pores in the foam. [See Chatterjee, “Absorbency” Textile Scienc and Technology, Vol. 7, 1985, p. ]
After compression and / or heat drying / vacuum dehydration to the extent practicable, these polymer foams are absorbed into the hydrated water associated with the hygroscopic hydrate salts incorporated therein and into the foam. Having residual water including both free water. This residual water (assisted by the hydrated salt) is believed to exert capillary pressure on the resulting collapsed foam structure. The collapsed polymer foam of the present invention is at least about 4%, typically about 4% by weight of the foam when stored at 72 ° F. (22 ° C.) and 50% relative humidity ambient conditions. It may have a residual water content of ~ 40%. Preferred collapsed polymer foams have a residual water content of at least about 5 to about 30% by weight of the foam.
[0069]
An important parameter for these foams is their glass transition temperature. Tg represents the midpoint of the transition between the glassy and rubbery state of the polymer. Foams with a Tg above the use temperature can be very strong but will be hard and potentially susceptible to breakage. Also, such foams typically require a long time to return to an expanded state when stored in a collapsed state for an extended period of time and then wet with an aqueous solution that is cooler than the Tg of the polymer. Desirable combinations of mechanical properties, particularly strength and flexibility, typically require a fairly selective range of monomer types and levels to achieve these desired properties.
[0070]
For foams useful in the present invention, the Tg should be as low as possible as long as the foam has acceptable strength at the temperatures in use. Therefore, monomers that give the corresponding homopolymer with lower Tg are selected as much as possible. It has been found that the chain length of alkyl groups on acrylate and methacrylate comonomers can be longer than expected from the Tg of the homologous homopolymer series. Specifically, homologous series of alkyl acrylate or alkyl methacrylate homopolymers have been found to have a minimum Tg with a chain length of 8 carbon atoms. In contrast, the minimum Tg of the copolymer of the present invention occurs with a chain length of about 12 carbon atoms. (Alkyl-substituted styrene monomers can be used in place of alkyl acrylates and alkyl methacrylates, but their availability is currently very limited).
[0071]
It can also be important that the shape of the glass transition region of the polymer, ie whether it is narrow or wide as a function of temperature. The shape of this glass transition region becomes a problem particularly when the temperature of use of the polymer (usually ambient temperature or body temperature) is at or near Tg. For example, a wide transition region may mean that the transition is incomplete at the operating temperature. Typically, if the transition is incomplete at the use temperature, the polymer will exhibit greater rigidity and less flexibility. Conversely, if the transition is complete at the use temperature, then the polymer will show a faster recovery from compression when wetted with an aqueous solution. Thus, it is desirable to control the Tg of the polymer and the width of the transition region to achieve the desired mechanical properties. In general, the Tg of the polymer is preferably at least 10 ° C. below the use temperature. (Tg and width of transition region are derived from loss tangent versus temperature curves from dynamic mechanical analysis (DMA) measurements as described in US Pat. No. 5,565,222).
[0072]
(B) Capillary suction specific surface area
Although large surface area materials have generally been described based on their capillary adsorption capacity, useful large surface area polymer foams can also be described by their capillary suction specific surface area (hereinafter "CSSSA"). Can do. In general, CSSSA is a measure of the surface area that can be contacted by a test solution of a polymer network that forms a particle foam per unit mass of bulk foam material (polymer structural material and solid residual material). Capillary suction specific surface area is determined by both cell unit dimensions within the foam and the density of the polymer, thus quantifying the total amount of solid surface provided by the foam network, to the extent that such surface area contributes to absorbency. Is the method. To characterize the foam useful herein, CSSSA is measured on the foam sheet even when the foam is in the form of particles when the foam is incorporated into a storage absorbent member.
[0073]
Foam CSSSA is related to whether the foam used to prepare the storage absorbent member of the present invention provides the necessary capillary suction. This is because the capillary pressure generated in the foam structure is proportional to the capillary suction specific surface area. In addition, CSSSA is relevant to whether proper capillary pressure is generated within the foam structure and remains crushed until wet with aqueous liquid. Assuming other factors such as foam density and adhesion tension are constant, this means that as CSSSA increases (or decreases), the capillary pressure in the foam structure also increases (or decreases) proportionally. Means.
[0074]
For the purposes of the present invention, CSSSA is determined by measuring the amount of capillary uptake of a low surface tension liquid (eg, ethanol) generated within a foam sample of known mass and dimensions. A detailed description of such a method for determining the specific surface area of a foam is provided in the Test Methods section of US Pat. No. 5,387,207, which is incorporated herein by reference. Any reasonable alternative method for determining CSSSA can be used.
[0075]
The collapsed polymer foam of the present invention useful as an absorbent is at least about 3 m. 2 / G CSSSA. Typically, CSSSA is about 3 to about 30 meters. 2 / G, preferably about 4 to about 17 m 2 / G, most preferably about 5 to about 15 m 2 / G. Foam having such a CSSSA value (from about 0.010 to about 0.033 m in the expanded state) 2 / Density) will generally have a particularly desirable balance of absorption capacity, liquid retention, and liquid wicking or dispensing characteristics for aqueous liquids such as urine. Furthermore, foams with such CSSSA generate sufficient capillary pressure and can keep the foam in a crushed and unexpanded state until wet with such an aqueous liquid.
[0076]
(C) Capillary pressure and force in the foam structure
As discussed above, particularly preferred collapsible polymer foams, in their collapsed state, are at least equal to the force exerted by the elastic recovery or modulus of the polymer compressed within the foam structure. Capillary pressure is generated. In other words, the capillary pressure required to keep the collapsed foam relatively thin is measured by the opposing force exerted by the compressed polymer foam as it “tries to bounce”. The elastic recovery tendency of the polymer foam is maintained in this compressed state until the expanded foam is compressed to about 1/6 (17%) of its original expanded thickness and then the relaxation stress value is measured. Can be estimated from stress-strain experiments. Instead, for the purposes of the present invention, relaxation stress values are estimated from measurements on polymer foams that are in a collapsed state when in contact with an aqueous liquid such as water. This alternative relaxation stress value is hereinafter referred to as the “expansion pressure” of the foam. The expansion pressure for the collapsed polymer foam of the present invention is about 50 kilopascals (kPa) or less, typically about 7 to about 40 kPa. A detailed description of the method for estimating the expansion pressure of the foam is given in the Test Methods section of US Pat. No. 5,387,207.
[0077]
(D) Free absorption capacity
Another important property of the high surface area polymer foams useful in the present invention is their free absorption capacity. “Free absorption capacity” (or “FAC”) is the total amount of test liquid (synthetic urine) that a given foam sample absorbs into its cell structure per unit mass of solid material in the sample. To be particularly useful in the storage absorbent member of the present invention, the polymer foam has a free absorption capacity of synthetic urine of about 30 to about 100 mL, preferably about 30 to about 75 mL, per gram of dry foam material. Should be. A method for measuring the free absorption capacity of a foam is described below in the test method section of US Pat. No. 5,650,222.
[0078]
(E) Expansion coefficient
When exposed to an aqueous liquid, the preferred collapsed polymer foam absorbs the liquid and expands. Polymer foams absorb more liquid than most other foams in the expanded state. The “expansion coefficient” for these foams is at least about 4 times, ie the thickness of the foam in its expanded state is at least about 4 times the thickness of the foam in its collapsed state. The collapsed foam preferably has an expansion coefficient ranging from about 4 times to about 15 times, more preferably from about 5 times to about 10 times.
[0079]
For the purposes of the present invention, the relationship between the expanded thickness and the collapsed thickness can be empirically predicted from the following equation for a foam that is compressed to remove water.
[0080]
Thickness (expansion) = thickness (crushed) × ((0.133 × W: O ratio) ± 2)
Where the thickness (expansion) is the thickness of the foam in the expanded state;
Thickness (collapse) is the thickness of the foam in the collapsed state;
The W: O ratio is the water / oil ratio of HIPE where the foam is formed. Thus, a typical polymer foam made from an emulsion with a 60: 1 water / oil ratio has an expected expansion coefficient of 8.0, ie an expanded thickness that is 8 times the collapsed thickness of the foam. Will have. The method for measuring the coefficient of expansion is described below in the test method section of US Pat. No. 5,650,222.
[0081]
(F) Compression deflection resistance
A problematic mechanical feature of high surface area polymer foams useful in the present invention is its strength in the expanded state as determined by compression deflection resistance (RTCD). The RTCD shown here by the foam is a function of the modulus of the polymer and the density and structure of the foam network. Next, the elastic modulus of the polymer is determined by: a) the composition of the polymer; b) the conditions under which the foam is polymerized (eg, especially with respect to cross-linking, the complete polymerization obtained); and c) Determined by the degree to which it is plasticized by the emulsifier remaining in the foam structure:
In order to be useful as the high surface area portion of the absorbent member of the present invention, the polymer foam should be suitably resistant to deformation or compression due to forces encountered during use. Foams that do not have sufficient foam strength with respect to RTCD may be under compressive stress caused by the movement and activity of the user of the absorbent product containing the foam, which may provide the necessary capillary suction capacity under unloaded conditions. Will not bring that capacity.
[0082]
The RTCD exhibited by the polymer foam useful in the present invention can be quantified by determining the amount of strain that occurs in a sample consisting of a saturated foam held at a defined temperature and time under a certain confining pressure. Methods for performing this particular type of test are described below in the Test Methods section of US Pat. No. 5,650,222. The foams useful herein are preferably compressed with a confining pressure of 5.1 kPa, typically when compressed to a free absorbent capacity with synthetic urine having a surface tension of 65 ± 5 dynes / cm. An RTCD that produces about 90% or less of the strain will be shown. Preferably, the strain produced under these conditions is about 1 to about 90%, more preferably about 1 to about 25%, even better about 2 to about 10%, more preferably about 2 to about 5%. Would be in the range.
[0083]
(G) Vertical suspension adsorption height
The high surface area polymer foam useful herein can also be described by its vertical suspended adsorption height (hereinafter “VHSH”). The VHSH height in X% is the height (cm) when 0% capacity (ie FAC) X% is retained in the foam. In principle, X can be any value, but an important representative value is VHSH at 90%. The most reproducible measurement for VHSH is achieved with X = 90% within our experience. It will be apparent to those skilled in the art that the numerical value at this point does not adequately represent the shape of the curve obtained by plotting capacity against height. However, this one point serves as a practical comparison point for the foams of the present invention. In this regard, the foam is typically at least about 20 cm, preferably at least about 40 cm, even more preferably at least about 60 cm, even more preferably at least about 70 cm, and even more preferably at least about 80 cm, an equilibrium 90% VHSH. Would have. Typically, preferred polymer foams are about 20 to about 90 cm, more typically about 60 to about 90 cm, more typically about 70 to about 90 cm, and even more typically about 80 to about 90 cm. Of 90% VHSH. The method for measuring 90% VHSH is described in detail in the Test Methods section below. As indicated above, when the high surface area polymer foam is in the form of particles when combined with an osmotic absorbent, 90% VHSH is for the corresponding sheet form of the foam (ie before forming the particles). ) Measured. If foam is formed into particles (ie, beads) during the polymerization process, a similar foam may be formed into a sheet to evaluate 90% VHSH.
[0084]
(H) Other properties of polymer foam
Foam cells, especially cells formed by polymerizing a monomer-containing oil phase surrounding a relatively monomer-free aqueous phase droplet, are often substantially spherical in shape. The size or “diameter” of such spherical cells is a parameter commonly used to characterize foams in general. Since the cells in a given sample of polymer foam are not necessarily approximately the same size, an average cell size, i.e., an average cell diameter, is often specified.
[0085]
Many methods are available to determine the average cell size of the foam. However, the most useful method for determining the cell size in the foam involves simple measurements based on scanning electron micrographs of the foam sample.
[0086]
The cell size measurements given here are based on the number average cell size of the foam in the expanded state, as shown, for example, in FIG. 1 of US Pat. No. 5,650,222. Useful foams according to the present invention will preferably have a number average cell size of about 80 μm or less, typically about 5 to about 50 μm.
[0087]
“Foam density” (ie grams of foam per cubic centimeter of foam in air) is specified here on a dry basis. The amount of water soluble residual material absorbed, such as residual salt and liquid remaining in the foam after HIPE polymerization, washing and / or hydrophilic treatment is ignored when calculating and displaying the foam density. However, the foam density includes other water insoluble residual materials present in the polymerized foam, such as emulsifiers. Such residual material may actually contribute to a significant mass for the foam material.
[0088]
Any suitable gravimetric method that provides a method for determining the mass of solid foam material per unit volume of foam structure can be used to measure foam density. For example, the ASTM gravimetric method fully described by the test method section of US Pat. No. 5,387,207 (Dyer et al.), Issued February 7, 1995, above, can be used for density determination. There are two ways. In the collapsed state, the polymer foam useful in the present invention is about 0.1 to about 0.2 g / cm. Three , Preferably about 0.11 to about 0.19 g / cm Three And most preferably from about 0.12 to about 0.17 g / cm Three Having a dry-based density value in the range of (excluding any residual salt and / or water). In their expanded state, the polymer foam useful herein is about 0.01 to about 0.033 g / cm. Three , Preferably about 0.013 to about 0.033 g / cm Three Having an anhydrous base density value in the range of
[0089]
Vertical wicking, ie liquid wicking in the direction opposite to gravity, is a desirable performance attribute for the polymer foam useful herein. For the purposes of the present invention, the vertical wicking rate reflects the permeability of the material, and thus the ability of the material to transport liquid to a hydrogel-forming absorbent polymer or other osmotic absorbent.
[0090]
The vertical wicking rate is determined by measuring the time it takes for a colored test solution (eg, synthetic urine) in the reservoir to suck up a 5 cm vertical distance through a test strip of a particular size foam. The vertical wicking method is described in more detail in the test method section of US Pat. No. 5,387,207, but is performed at 31 ° C. instead of 37 ° C. In order to be particularly useful in an absorbent member to absorb urine, foams useful herein will preferably aspirate synthetic urine (65 + 5 dynes / cm) to a height of 5 cm within about 15 minutes. More preferably, the preferred foam absorbent of the present invention draws up synthetic urine to a height of 5 cm within about 10 minutes.
[0091]
The vertical wicking absorption capacity test is the test solution per gram of absorbent foam held in each 1 inch (2.54 cm) vertical section of the same standard size foam sample used in the vertical wicking test. Measure the amount. Such a determination is generally made after the sample is equilibrated to the vertical wicking test solution (eg, after about 18 hours). Similar to the vertical wicking test, the vertical wicking absorption capacity test is more fully described by the test method section of US Pat. No. 5,387,207 (Dyer et al.), Issued February 7, 1995, above. Yes. A high vertical wicking absorption capacity at high height is theoretically equivalent to a high capillary absorption capacity at high height. The foam sheet form useful here is sensitive to the former test, and the former test is easier and cheaper to perform, so the data from the former test is important for this foam of the present invention. It is recommended as a means to specify the parameters.
[0092]
In a particularly preferred embodiment, the polymer foam is in the form of particles, although the high capillary suction foam may be in the form of a sheet when combined with an osmotic absorbent (eg, a hydrogel-forming absorbent polymer). To give a mixture. That is, the foams may be initially prepared in the form of sheets, but these sheets may be treated to provide foam particles, and then the foam may be combined with the hydrogelled polymer. As discussed above, foams useful herein and processes for their preparation are described in US Pat. No. 5,387,207, US Pat. No. 5,650,222, “High Suction Polymer Foam Materials. Copending US patent application Ser. No. 09 / 042,429 (P & G Case 7052) filed Mar. 13, 1998 by TADesMarais et al. Entitled “HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS”; A very co-pending US patent application Ser. No. 09 / 042,418 (P & G Case 7051) filed Mar. 13, 1998 by TADesMarais et al. Entitled “Absorptive Materials for Distributing Aqueous Liquids”. It is described in detail. The foam particles are first formed into a sheet-like foam according to the teachings of these references, and then mechanically processed (e.g., crushed, cut, For example, by cutting). Instead, US Pat. No. 5,653,922 issued to Li et al. On August 5, 1997 and US Pat. No. 5,583,162 issued to Li et al. On December 10, 1996 (these Each of which is incorporated herein by reference), the foam particles may be prepared directly from an emulsion in the form of polymer microbeads. Specific examples for making polymer foam / hydrogel-forming polymer blends are discussed in more detail below.
[0093]
When the polymer foam is in the form of particles, the particle size of the separate polymer foam may be very large or very small, and may be a mixture of various particle sizes, especially if the osmotic absorbent is a hydrogel-forming absorbent In the case of a conductive polymer, it depends in part on the size of the osmotic absorbent. Although the dry particle size may be greater than about 1000 microns, it is believed that particles larger than about 1000 microns cannot maintain optimal fluid transport in contact with the osmotic absorbent. Particles that are smaller than about 1000 microns in size, as measured when dry, are believed to contact the osmotic absorbent and provide excellent fluid transport. Also, the dry particle size may be greater than about 50 microns. It is believed that dry particles of mass median particle size less than about 50 microns have a poor cellular structure of polymer foam that provides liquid transport with high suction to the osmotic absorbent. In typical applications, the dry particle size is such that the dry media has a mass median particle size of less than about 600 microns, and typically the dry media has a mass median particle size of about 50 to 600 microns. The dry particle size and the mass median particle size of the dry particles have been previously described in III. A. 1. As discussed in connection with the hydrogel-forming absorbent polymer in the section, it can be determined by subjecting the dry polymer foam to a dry screen through a suitable screen.
[0094]
Applicants have also found that the large surface area foam may optionally contain a liquid so as to increase the transport of urine to the osmotic absorbent of the storage absorbent member. The pre-wetting liquid is thought to partially fill the polymer foam (not intended to be bound by a particular theory) and increase the rate of foam incorporation. Ideally, a polymer foam containing a pre-wetting liquid will prevent microbial growth, prevent loss of volatile water, and store if the water activity is low enough not to migrate away from the foam over time. There should be stability. Water can be used as a prewetting liquid to provide absorption performance, but alone cannot meet other requirements.
[0095]
A preferred method of removing water from the polymer foam particles of one embodiment of the present invention is a unidirectional dehydration method in which the water contained in the wet particles is removed from each particle while the particles are formed. To remove in a single direction. The vacuum dehydration method of Example 5 described below is one example of unidirectional dehydration. The unidirectional dewatering of the preferred granular polymer foam material results in greater expansion of the material when wet than would be achieved without unidirectional dehydration, and this expansion is also due to the penetration of the osmotic absorbent into the polymer. As the fluid from the foam is absorbed and as the polymer foam absorbs the fluid, further contact between the polymer foam and the osmotic absorbent material is provided.
[0096]
C. Optional ingredients and materials
The storage absorbent member according to the present invention may include other optional ingredients that may be present in the absorbent web. For example, a reinforcing scrim can be placed inside the storage absorbent member or between each absorbent member of the absorbent core. Such reinforcing scrims must be structured so as not to form an interfacial barrier against liquid movement, especially when placed between the respective absorbent members of the absorbent core. In addition, some binders may be used to provide dry and wet integrity to the absorbent core and / or the absorbent storage member itself. In particular, hydrophilic adhesive fibers may be used to provide a bond between the large surface area material and the osmotic absorbent material. This is particularly important for granular high surface area materials. The amount of binder used is preferably as small as possible so as not to impair the capillary adsorption properties of the absorbent member. However, those skilled in the art will recognize that there are also binders that can enhance the capillary adsorption properties of the absorbent member, such as a fiberized hydrophilic adhesive having a sufficiently high surface area. In this case, the high surface area hydrophilic adhesive can provide both liquid processing and integrity functions in one material. Also, envelop each absorbent member or the entire absorbent core in a liquid permeable sheet, such as tissue paper sheet, to raise user concerns regarding the free granular absorbent polymer unless capillary continuity is interrupted. It can also be prevented.
[0097]
Other optional components that can be included are materials to control odor, contain stool, and the like. Also, any absorbent member that includes a particulate osmotic absorbent or a large surface area material, or the entire absorbent core is encased in a liquid permeable sheet, such as a tissue paper sheet, and the user's Concerns can also be prevented.
[0098]
IV. Materials and properties of other storage and absorption members
The high capillary suction absorption capacity storage absorbent member of the present invention includes an osmotic absorbent (eg, a hydrogel-forming absorbent polymer as described above) and a large surface area material, and has other optional ingredients such as a thermoplastic material. You may or may not have. (A non-exhaustive list of optional materials useful for the member is described below.) These high suction capacity absorbent members can function as liquid storage members in the absorbent core. The primary function of such a fluid storage member is under the pressure normally encountered as a result of the wearer's movements, either directly or after absorbing bodily fluids drained from other absorbent members (eg, liquid capture / distribution members). Even to retain such fluids. However, it should be understood that such absorbent members can perform functions other than liquid storage.
[0099]
The amount of hydrogel-forming absorbent polymer or other osmotic absorbent contained in the absorbent member can vary considerably. Furthermore, the concentration of the hydrogel can vary throughout the member. In other words, one member may have regions of relatively high and relatively low hydrogel concentrations. Without intending to be bound by theory, the minimum amount of large area material mixed with the hydrogel-forming absorbent polymer or other osmotic absorbent is the hydrogel-forming absorbent polymer particles or other osmotic particles in dry and wet conditions. It is believed that the absorbent interstitial space must be filled to a functional extent and sufficient to provide capillary continuity and sufficient liquid flow to the hydrogel-forming absorbent polymer.
[0100]
In a preferred embodiment where the osmotic absorbent is in the form of a hydrogel-forming absorbent polymer, to measure the concentration in a given area of the absorbent member, any other component present in the area containing the hydrogel-forming polymer and hydrogelling polymer ( For example, the weight percent of hydrogel-forming polymer is used relative to the total weight of fiber, polymer foam, etc.). In view of this, the concentration of the hydrogel-forming absorbent polymer in a predetermined region of the absorbent member of the present invention is at least about 50%, at least about 60%, at least about 70%, at least about the total weight of the absorbent member It can be about 80%, or at least about 90%. (The same range applies when other osmotic absorbents are used).
[0101]
Despite the fact that the area of the absorbent member may contain a relatively high concentration of hydrogel-forming absorbent polymer or other osmotic absorbent, it is essentially fibrous in a large surface area material, The member includes at least 25% by weight of large area fibers on a total basis (ie, the total weight of the hydrogel-forming absorbent polymer used in the member divided by the total weight of the absorbent member multiplied by 100%). Will. A lower limit of about 25% fiber is considered necessary to provide the necessary capillary suction for the absorbent member. Preferably, the storage absorbent member will comprise at least about 30% by weight high surface area fibers, more preferably at least 35% by weight. The absorbent members of the present invention are typically about 25 to about 90 wt%, more typically about 30 to about 85 wt%, and even more typically about 35 to about 80 wt% on an aggregate basis. Of high surface area fibers.
[0102]
In embodiments where the high surface area material is a polymer foam, the absorbent member preferably comprises at least about 1% by weight (based on total) polymer foam. The ability to use very low levels of polymer foam relative to the amount of high surface area fibers described above is the very low density of these foams, the fact that the foam is open-celled, the foam It is thought to be due to various factors including itself contributing to the overall absorption capacity. The storage absorbent member will preferably contain at least about 10% by weight, more preferably at least about 15% by weight, and even more preferably at least about 20% by weight polymer foam. Typically, such storage absorbent members are about 1 to about 98% by weight, more typically about 10 to 90% by weight, even more typically about 15 to about 85% by weight, even more Typically, it will contain from about 20 to about 80% polymer foam material by weight. As explained above, these weight percent ranges are based on the total weight of the respective materials in the absorbent member. It has been found that the area of the absorbent member may contain more and less material.
[0103]
Of course, the relative levels of the osmotic absorbent (eg, hydrogel-forming absorbent polymer) and the large surface area material are determined by, for example, the absorbent capacity of the osmotic absorbent, the specific large surface area material used, the nature of the large surface area material (eg, sheet or Particle foam, particle size) and the like. In this regard, a high level of osmotic absorbent provides an absorbent member for producing a thin absorbent body to achieve the required level of capillary suction described above, but is sufficient to provide such a suction capacity. There must be a large surface area material. Without intending to be bound by theory, the three main properties of the preferred collapsible polymer foam materials described above allow these foams to function particularly effectively in highly absorbent storage absorbent members. I think that. These three properties are: (i) a relatively low density, (ii) the ability to easily distribute liquid within itself, and (iii) remain crushed, but then the preferred hydrogel-forming absorbent polymer When it swells by absorbing liquid, it has the ability to absorb and swell with sufficient liquid. The latter property maintains contact between the foam material and the hydrogel-forming particles as a fluid absorbing member.
[0104]
A representative storage-absorbing member of the present invention is shown by the micrographs of FIGS. Referring to FIG. 5, a particulate hydrophilic polymer foam material, indicated at 102, and a particulate hydrogel-forming absorbent polymer, indicated at 106, are in contact with each other. Also indicated and shown as 110 is an adhesive filament, which provides structural integrity and maintains contact between the foam particles 102 and the hydrogel-forming polymer particles 106. Referring to FIG. 6, a single hydrogel-forming polymer 116 is surrounded by a number of fibrets, generally indicated as 114. Finally, in FIG. 7, a single hydrogel-forming polymer 126 is surrounded by a plurality of glass fibers, generally indicated as 125.
[0105]
In addition to the high surface area material and the hydrogel-forming absorbent polymer, the storage absorbent member of the present invention may contain other optional materials. For example, the storage absorbent member may contain an adhesive or binder material to provide the integrity of the required mixture of materials. Such materials are particularly desirable when the high surface area material is essentially granular.
[0106]
When introducing integrity with a binder material, suitable binders are, for example, meltblown adhesives described in US Pat. No. 5,560,878 (issued to Dragoo et al., Oct. 1, 1999). The disclosure of which is incorporated herein by reference. The method of combining meltblown adhesive with the required hydrogel-forming absorbent polymer and high surface area material is also described in detail in the '878 patent.
[0107]
In an absorbent member containing a mixture of hydrogel-forming polymer and high surface area fibers and / or particulate polymer foam, as another example of a material that provides the integrity of the mixture, the member may contain a thermoplastic material. Upon melting, at least a portion of this thermoplastic material moves to the intersection of the respective member elements, typically due to capillary gradients between particles or fibers. These intersections become binding sites for the thermoplastic material. When cooled, the thermoplastic material at these intersections cures to form a binding site that holds the matrix of material together.
[0108]
The optional thermoplastic material useful herein may be in any of a variety of forms including particles, fibers, or a combination of particles and fibers. Thermoplastic fibers are a particularly preferred form because of their ability to form numerous binding sites. Suitable thermoplastic materials may consist of any thermoplastic polymer that can be melted at a temperature that does not extensively damage the material comprising the absorbent member. Preferably, the melting point of the thermoplastic material is less than about 190 ° C, and preferably between about 75 ° C and about 175 ° C. In any event, the melting point of the thermoplastic material should not be lower than the temperature at which the thermally bonded absorbent structure would be stored when used in an absorbent product. The melting point of the thermoplastic material is typically about 50 ° C. or higher.
[0109]
Thermoplastic materials, in particular thermoplastic fibers, are for example polyolefins such as polyethylene (for example PULPEX® and polypropylene, polyesters, copolyesters, polyvinyl acetate, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyacrylate, It may consist of various thermoplastic polymers including polyamide, copolyamide, polystyrene, polyurethane and any of the above copolymers such as vinyl chloride / vinyl acetate, etc. One preferred thermoplastic binder fiber is PLEXAFIL (registered trademark) polyethylene ultrafine fiber (manufactured by DuPont), which is an 80% cellulosic fiber sold under the trademark KITTYHAWK (registered trademark) (manufactured by Weyerhaeuser CO.) Depending on the properties desired for the resulting heat-bonded absorbent member, suitable thermoplastic materials may be hydrophilic fibers such as polyolefins such as polyethylene or polypropylene, poly Including thermoplastic fiber treated with surfactant or silica, derived from acrylic, polyamide, polystyrene, polyurethane, etc. The surface of hydrophobic thermoplastic fiber is surface active like nonionic or anionic surfactant Treatment with agents, for example, spraying a surfactant on the fiber, dipping the fiber in the surfactant, or including the surfactant as part of the dissolved polymer when making the thermoplastic fiber The surfactant can be made hydrophilic by melting and re-solidifying. Suitable surfactants include nonionics such as Brij® 76 manufactured by ICI Americas, Inc. of Wilmington, Delaware. And various surfactants sold under the trademark Pegosperse® by Glyco Chemical, Inc. of Greenwich, Connecticut. In addition to surfactants, anionic surfactants can also be used, and these surfactants can be applied to thermoplastic fibers at a level of, for example, about 0.2 to about 1 g per square centimeter of thermoplastic fiber.
[0110]
Suitable thermoplastic fibers may be a single polymer (monocomponent fibers) or may be composed of more than one polymer (eg bicomponent fibers). As used herein, “bicomponent fiber” means a thermoplastic fiber having a core fiber made of one polymer and encased in a thermoplastic sheath made of different polymers. The polymer making up the sheath often melts at a lower temperature, typically at a lower temperature, than the polymer making up the core. As a result, these bicomponent fibers provide thermal bonding due to melting of the sheath polymer while retaining the desirable strength properties of the core polymer.
[0111]
Suitable bicomponent fibers for use in the present invention include sheath / core fibers having the following polymer combinations: Polyethylene / polypropylene, polyethyl vinyl acetate / polypropylene, polyethylene / polyester, polypropylene / polyester, copolyester / polyester, etc. Particularly suitable bicomponent thermoplastic fibers for use herein are those having a polypropylene or polyester core and a lower melting point copolyester, polyethyl vinyl acetate or polyethylene sheath (eg, DANAKLON®, CELBOND). (Registered trademark) or CHISSO (registered trademark) bicomponent fiber). These bicomponent fibers may be concentric or eccentric. As used herein, the terms “concentric” and “eccentric” refer to whether the sheath has a uniform or non-uniform thickness through the cross-section of the bicomponent fiber. Eccentric bicomponent fibers are preferred because the fiber thickness is smaller and provides higher compressive strength. Suitable bicomponent fibers used herein may be not crimped (ie, not bent) or may be crimped (ie, may be bent). Bicomponent fibers are typically crimped by typical textile means such as, for example, a stuffer box method or gear crimp method to achieve primarily two-dimensional or “flat” crimping. it can.
[0112]
In the case of thermoplastic fibers, their length can vary depending on the specific melting point and other properties desired for these fibers. Typically, these thermoplastic fibers have a length of about 0.3 to about 7.5 cm, preferably about 0.4 to about 3.0 cm, and most preferably about 0.6 to about 1.2 cm. Have. Moreover, the characteristics including the melting point of these thermoplastic fibers can be adjusted by changing the fiber diameter (caliper). The diameter of these thermoplastic fibers is typically defined by either denier (grams per 9,000 meters) or decitex (grams per 10,000 meters). Suitable bicomponent thermoplastic fibers may have a decitex in the range of about 1.0 to about 20, preferably about 1.4 to about 10, and most preferably about 1.7 to about 3.3. .
[0113]
The compression modulus of these thermoplastic materials, particularly thermoplastic fibers, can also be important. The compressive modulus of thermoplastic fibers is not only their length and diameter, but also the polymer or composition of the polymer from which they are made, the shape and structure of the fiber (eg concentricity or eccentricity, crimps that are crimped) It is also affected by factors such as The difference in compression modulus of these thermoplastic fibers can be used to change the properties of each absorbent member, and in particular the density properties, during the preparation of the absorbent core.
[0114]
Other materials known in the art may also be included in the absorbent storage material provided that they are included at a sufficiently low level to achieve the necessary capillary suction characteristics. An optional material that may be included in the storage member of the present invention is a fibrous material that is usually combined with a hydrogel-forming absorbent polymer. For example, wood-based fibers may be included in the same manner as synthetic fibers. However, since such materials tend to reduce the capillary suction capacity of storage members comprising high surface area materials and hydrogel-forming absorbent polymers, they are relatively low so that the member still provides the desired capillary suction capacity. Included by level. In fact, it is preferable to exclude the use of such fibers as long as they are added in bulk to reduce the capillary absorption capacity on a weight basis.
[0115]
Many methods known in the art can be used to combine a hydrogel-forming polymer (or other osmotic absorbent) with a high surface area material. Of course, the physical form (eg, fibrous, granular, etc.) of the high surface area material and hydrogel-forming absorbent polymer will determine which method is used to form the specific storage absorbent member embodiment, at least in part.
[0116]
In one embodiment, the hydrogel-forming absorbent polymer particles are affixed to the fibrous material to prevent unwanted particle migration during manufacture, storage and / or wear. Adhering the absorbent particles to the molten polymer material is described in European Patent Publication EP 156,160, in which the molten polymer material is extruded to create a meltblown polymer microfiber, while they are still sticky. The absorbent particles are put into it to adhere them to the fibers.
[0117]
A method for incorporating particulate absorbent material into a meltblown web is described in U.S. Pat. No. 4,923,454 (in which ultrafine fiber-containing polymers and absorbent products, as well as wetblown hydrophilic nylon meltblown ultrafine fibers and Hydrogel-forming polymer particles are disclosed), and U.S. Pat. No. 4,773,903, in which meltblown microfibers, hydrogel-forming polymer particles, crimped staple fibers and hydrophilizing reagents are disclosed. Are disclosed). The disclosures of these patents are incorporated herein by reference.
[0118]
High surface area materials and hydrogel-forming absorbent polymers can also be incorporated by the methods generally described in 4,764,325, which is incorporated herein by reference.
[0119]
The base weight of the storage absorbent member of the present invention is not critical and will vary depending on the end use of the member (i.e., for example, feminine hygiene products, infant diapers, adult incontinence products, or bandages), Typically about 5 to about 3000 g / cm 2 Or about 40 to about 2500 g / cm 2 Or about 100 to about 2000 g / cm 2 Or about 150 to about 1500 g / cm 2 Or about 250 to about 1000 g / cm 2 Having a base weight of
[0120]
As explained, particularly preferred storage and absorption members are those used as high capillary suction polymer foam large river surface area materials. In one embodiment, the polymer foam is in the form of particles and is mixed with the particulate hydrogel-forming absorbent polymer to form a homogeneous mixture. FIG. 10 is a schematic block diagram of an apparatus 320 for producing such a homogeneous mixture. Referring to FIG. 10, to prepare the absorbent member, a particulate polymer foam is introduced from a first source 301 to a first metering device 302 (optionally, the device 302 is a metered particulate foam, A fluidized bed loss weight system that controls the amount to the line based on the weight difference from the device over a specified period of time), introducing particulate hydrogel-forming polymer from the second source 303 to the second metering device 304 (Optionally, device 304 is a weight / loss weighing system commonly used in commercial manufacturers of diapers and feminine hygiene napkins; for example, a weight / loss weighing system available from Acrison, Moonachi, NY. This process sets the base weight of the hydrogel-forming polymer in the product). Polymer foam particles and hydrogel-forming polymer particles are introduced into a single mixing chamber 305. Within the mixing chamber 305, a homogeneous mixture of the two components is made. This mixture is then transported through the fibrous adhesive stream emanating from 307 using an air stream 306 (using, for example, a Venturi Dactor to increase the kinetic energy of the particles). Instead, one of the foam and hydrogel-forming polymers can be produced by any technique that can produce a relatively homogeneous mixture and bind or bind the materials together to obtain a free-flowing mixture that is introduced into the air stream 306. Parts may be “aggregated”. The fibrous adhesive stream may be introduced via a melt blow adhesive system such as that available from J & M Laboratories, Dawsonville, GA. The fibrous adhesive stream entangles the polymer foam particles and the hydrogel-forming polymer to form a composite, generally designated 308. For example, in the inlet chamber of a Venturi Dactor at Fox (Dover, NJ), it is considered that homogenous mixing can be achieved. If homogenous mixing is not feasible in chamber 305, two separate transport streams may be required to bring the particulate foam and particulate hydrogel-forming polymer together with the fibrous adhesive transported from 307. Absent). Thereafter, the composite material 308 is optionally placed between the first web 309 introduced via the device 309 and the second web 310 introduced via the device 310 to provide the absorbent storage member 311. Form. Thereafter, the entire absorbent storage member 311 may be compressed (eg, using a rotary nip) to achieve the target density and thickness of the member.
[0121]
A process similar to that described in the previous paragraph can be used to combine high surface area fibrettes with an osmotic absorbent (eg, a particulate hydrogel-forming absorbent polymer). In other words, the fibrette may be introduced via a device similar to the first supply source 301 shown in FIG. Other well known methods for combining fibers and hydrogel-forming polymers may be used. A typical means for adjusting such a composite is illustrated in Example 1 below.
[0122]
An alternative method of mixing and accelerating particulate polymer foam and hydrogel-forming polymer utilizes electrostatic forces. In this embodiment, the two materials are “charged” and generate an attractive force between them. This force is used to create a homogenous mixture of the two materials, potentially creating a driving force that accelerates the blend through the adhesive stream, thus eliminating one of the process air streams. .
[0123]
In other preferred embodiments, a particulate hydrogel-forming absorbent polymer is disposed between two polymer foam sheets. Thereafter, the layered laminate is manipulated in the machine direction and / or cross direction (for example, by completely cutting its thickness) to separate the sheet into strips or pieces, and the storage absorbent member consisting of small sections of the layered laminate give. (Note that the layered structure formed prior to cutting is also useful as a storage absorbent member and can provide advantages for commercial scale manufacturing. However, applicants have further processed it at higher suction heights. It was found that a storage absorbent member having a particularly high capillary absorption capacity can be provided). FIG. 11 shows an apparatus for making such a layered laminate, and FIG. 12 shows a cut layered laminate that can be used as the absorbent storage member of the present invention. Referring to the apparatus 420 shown in FIG. 11, a first stretch sheet of polymer foam sheet 402 is weighed by any means known in the art. Separately, the particulate hydrogel-forming absorbent polymer is metered by a metering device 403 (optionally device 304 is a weight / loss metering system commonly used in commercial manufacturers of diapers and feminine hygiene napkins; A weight / loss weighing system available from Moonachi, NY). The hydrogel-forming polymer is weighed and placed in an accelerator 404 (eg, a Flexisplay® type system available from Venturi Dactor or fluidized bed, eg, Nordson, Atlanta, GA), and fiber carried from 405 by air flow Transported towards quality (preferably hydrophilic) adhesive 406 (e.g. Cycloflex® 34-5552 from National Starch, Bridgewater, NJ). The fibrous adhesive entangles the hydrogel-forming polymer particles and immobilizes them to form a mixture 407. Weigh the second polymer foam stretch sheet 408 slightly downstream from where the fibrous adhesive and the hydrogel-forming polymer come together. The momentum of the particle / adhesive mixture 407 carries the mixture to the nip point 409 and the sheets 402 and 408 are laminated. This results in a layered composite 410 having a layer of hydrogel-forming polymer and adhesive sandwiched between two sheets of polymer foam material. Thereafter, the composite 410 is laminated with the nonwoven material 411, and this laminate is introduced into the folding board 412. This superimposes nonwoven 411 around composite 410 (preferably an “e” fold). (The nonwoven material provides integrity to the composite during the next reforming operation and further integrity to the final structure). Thereafter, the wrapped composite is introduced into the first reforming device 413 and the second reforming device 414. In the reformers 413 and 414, the wrapped composite is selectively separated by applying shear planes in a number of directions. The shear surface tears the wrapped composite into a column consisting of a polymer foam and a hydrogel-forming polymer / fibrous adhesive layer. This reforming operation also includes a nonwoven near the shear surface, reducing the base weight of the composite.
[0124]
In order to fully understand the physical characteristics of the preferred composite formed by the above operation, FIG. 12 shows in detail composite 410 after undergoing reforming in devices 413 and 414 (nonwoven wrap is Not shown). In this embodiment, one reforming device completely cuts the entire thickness in the cross direction into several strips, and the other reforming device completely removes the composite in the machine direction. Disconnect. The result is a composite consisting of a number of separate layered columns designated 451. One of these columns 451 is shown in an enlarged view in FIG. This figure shows that each column 451 includes a hydrogel-forming particle, indicated by 452, and a fibrous adhesive, indicated by 453, sandwiched between “cubes” 454 and 455 made of polymer foam material. It is clearly shown. Light blending may be added to the composite 410 during and / or after reforming in the devices 413 and 414 to reinforce the interface between the hydrogel-forming absorbent polymer and the polymer foam material.
[0125]
V. Absorption product
The highly absorptive storage absorbent members of the present invention are particularly useful as storage parts for absorbent structures (eg, absorbent cores or core elements) for various absorbent products. As used herein, an “absorbent product” refers to a significant amount of other fluids (ie, liquids) such as urine, menses, or aqueous feces (fluid defecation) that are excreted by the incontinence wearer or user of the product. ) Means a consumer product that is capable of absorbing. Examples of such absorbent products include disposable diapers, incontinence clothes, sanitary products such as tampons and sanitary napkins, disposable training pants, bed pads and the like. The storage absorbent member herein is particularly suitable for use in products such as diapers, incontinence pads or clothing, clothing shields, and the like.
[0126]
In its simplest form, the absorbent product of the present invention need only contain the storage absorbent member of the present invention, but is typically a relatively liquid impervious backing sheet, and a highly absorptive storage member. including. In other simple forms, the absorbent product need only include a backing sheet, a capture material, and a highly suctionable storage member. The elements are coupled so that the capture material captures the liquid discharge of the absorbent product wearer. The high suction member described herein is arranged in liquid communication with a capture member or any liquid dispensing member that is in liquid or capillary communication with the capture member. The liquid impervious backing sheet is made of any material, such as polyethylene or polypropylene, having a thickness of about 1.5 mils (0.038 mm) to help retain the liquid in the absorbent product. It may be.
[0127]
More usually, these absorbent products also include a liquid permeable topsheet element that covers the side of the absorbent product that touches the wearer's skin. In this configuration, the product includes an absorbent core having one or more liquid storage absorbent members of the present invention located between the backing sheet and the topsheet. The liquid permeable topsheet is made of any material such as polyester, polyolefin, rayon, etc. that is substantially porous and allows body fluids to pass easily through the underlying absorbent core. Also good. The topsheet material preferably does not have a tendency to retain aqueous liquid in the contact area between the topsheet and the wearer's skin.
[0128]
In addition to the storage absorbent member of the present invention, the absorbent core of the absorbent product herein may comprise other, eg, conventional elements or materials. In one embodiment comprising a combination of an absorbent member here and other absorbent material herein, the absorbent product comprises one or more core layers comprising one or more storage absorbent members of the present invention comprising other absorbent structures or materials 1 or A multilayer absorbent core configuration may be used that can be used in combination with further additional separate core layers. These other absorbent structures or materials may include, for example, air-borne or wet-laid webs of wood pulp or other cellulosic fibers. These other absorbent structures are also disclosed, for example, in US Pat. No. 5,563,179 (Stone et al.) Issued Oct. 8, 1996, the disclosure of which is incorporated herein by reference. It may also include an absorbent foam useful as a liquid capture / distribution member, such as those or a foam such as a sponge.
[0129]
Preferred embodiments involve further separation of the various absorbent core elements. This preferred absorbent core has a trapping layer only around the wearer's crotch to handle the initial rapid liquid ejection. The distribution layer is positioned vertically before and after the acquisition layer so as to draw liquid from the crotch. The storage layer is placed in a position near the front and back of the waist and only contacts the dispensing material. The storage absorbent member must be able to absorb the liquid from the distribution layer by overcoming both the force due to gravity and the force due to the desorption pressure of the distribution material. The product so depicted removes liquid from the crotch in the time given during incontinence, leaving the capture area relatively dry and ready for further liquid uptake. This further maintains the shape of the garment and keeps the crotch relatively dry for better skin health. Co-pending US Patent Application No. 08 / 825,072 (filed by G. Young et al. On March 27, 1997), Co-pending US Patent Application No. 08 / 825,071 (March 27, 1997) See also filed by G. LaVon et al.) And co-pending US patent application Ser. No. 08 / 826,208 (filed by G. Young et al. On March 27, 1997). These are incorporated herein by reference.
[0130]
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a diaper 60 in which the topsheet 61 and the backsheet 62 are coextensive and have a length and width dimensions that are generally greater than the dimensions of the absorbent core 28. The top sheet 61 is combined with the back sheet 62 and is stacked on the back sheet 62, thereby forming the periphery of the diaper 60. The perimeter defines the outer perimeter or edge of the diaper 60.
[0131]
The top sheet 61 is compliant, has a soft feel, and does not irritate the wearer's skin. Furthermore, the topsheet 61 is liquid permeable, allowing the liquid to easily penetrate its thickness. Suitable topsheets 61 are porous foams, reticulated foams, perforated plastic films, natural fibers (eg wood or cotton fibers), synthetic fibers (eg polyester or polypropylene fibers) or natural and synthetic fibers. It can be made from a wide range of materials such as combinations. Typically, the topsheet 61 is made of a hydrophobic material (initially treated to become hydrophilic) to isolate the wearer's skin from the liquid in the absorbent core 10. The hydrophilic treatment causes the initial wettability of the topsheet and allows the liquid discharge to pass through the topsheet. A particularly preferred topsheet 61 is Hercules, Inc. of Wilmington, Del. Including staple length polypropylene fibers having a denier of about 1.5, such as Hercules type 151 polypropylene sold by As used herein, the term “staple length fiber” refers to a fiber having a length of at least about 15.9 mm (0.62 inches).
[0132]
There are a number of manufacturing techniques used to manufacture the topsheet 61. For example, the top sheet 61 can be a woven fabric, a non-woven fabric, a spun-bonded fabric, a cotton wool fabric, or the like. Preferred topsheets are carded and thermally bonded by means well known to those skilled in the fabric art. Preferably, the topsheet 61 has a weight of about 18 to 25 grams per square meter, a minimum dry tensile strength of at least about 400 grams per centimeter in the machine direction, and a wet tensile strength of at least about 55 grams per centimeter in the cross machine direction. Have.
[0133]
It is preferred but not necessary to have the topsheet as the closest material to the wearer's skin. Appropriate absorbent core shapes could be used without a topsheet and would also provide desirable results such as comfort and absorbency as well as manufacturing simplicity and material cost savings. For example, the body side surface of the absorbent core itself could be made of a liquid permeable, flexible, compliant, non-irritating material that replaces another topsheet. Such an absorbent core would only need to be used in combination with the backsheet to provide comfort and absorbency in the absorbent product.
[0134]
The backsheet 62 is preferably impermeable to liquid and is preferably manufactured from a thin plastic film, although other flexible liquid impermeable materials may also be used. The backsheet 62 is absorbed in the absorbent core 10 and prevents exudates contained therein from wetting products that come into contact with the diaper 60 such as bed sheets and underwear. Preferably, the backsheet 62 is about 0.012 mm (0.5 mil) to about 0.051 centimeters (2.0 mils) thick, although other flexible liquid-impermeable materials may be used. A polyethylene film having As used herein, the term “flexible” refers to a material that is compliant and easily conforms to the general shape and contours of the wearer's body.
[0135]
A suitable polyethylene film is manufactured by Monsanto Chemical Corporation and sold under the name film number 8020. The backsheet 62 is preferably embossed and / or matte finished to give it a more cloth-like appearance. Further, the backsheet 62 may be “breathable”, allowing vapor to exit the absorbent core 28 while still preventing exudates from passing through the backsheet 6. A backsheet that is highly breathable but substantially impermeable to liquids may be desirable for certain absorbent products.
[0136]
The size of the backsheet 62 is defined by the size of the absorbent core 28 and the actual diaper design selected. In a preferred embodiment, the backsheet 62 has the absorbent core 28 at a minimum distance of at least about 1.3 centimeters to at least about 2.5 centimeters (about 0.5 to about 1.0 inches) around the entire diaper. It has a deformed hourglass shape that extends beyond it.
[0137]
The topsheet 61 and the backsheet 62 are joined together in any suitable manner. As used herein, the term “joined” means that the topsheet 61 is directly bonded to the backsheet 62 by fixing the topsheet 61 directly to the backsheet 62 and the topsheet 61 is intermediate. It includes a shape in which the top sheet 61 is indirectly bonded to the back sheet 62 by being fixed to the member and then being fixed to the back sheet 62. In a preferred embodiment, the topsheet 61 and the backsheet 62 are secured directly to each other around the diaper by an attachment means (not shown) such as an adhesive or any other attachment means known in the art. For example, a uniform continuous layer of adhesive, a patterned layer of adhesive, or an array of separate lines or points of adhesive can be used to secure the topsheet 61 to the backsheet 62.
[0138]
The tape tab fastener 65 is typically applied to the waistband region 63 of the diaper 60 to provide a fastening means for holding the diaper to the wearer. The illustrated tape tab fastener 65 is merely exemplary. The tape tab fastener is any of those known in the art, such as the fastener tape disclosed in US Pat. No. 3,848,594 (Buell), issued 19 November 1974, incorporated by reference. obtain. Those tape tab fasteners or other diaper fastener means are typically applied near the corner of the diaper 60.
[0139]
The elastic member 69 is disposed adjacent to the periphery of the diaper 60 and preferably along the respective longitudinal edges 64 so that the elastic member abuts the wearer's leg to facilitate pulling and holding the diaper 60. . The elastic member 67 may also be disposed proximate to one or both of the waistband regions 63 of the diaper 60 to provide a waistband similar to or rather than the leg cuffs. For example, a suitable waistband is disclosed in US Pat. No. 4,515,595 (Kievit et al.) Issued May 7, 1985, incorporated by reference. Also, a suitable method and apparatus for manufacturing a disposable diaper having an elastically shrinkable elastic member is disclosed in U.S. Pat. No. 4,081,301 issued Mar. 28, 1978, which is incorporated by reference. Buell).
[0140]
The elastic member has an ordinary unrestrained shape and is fixed to the diaper 60 in an elastically contractible state so that the elastic member effectively contracts or gathers the diaper 60. The elastic member can be fixed in an elastically contractible state in at least two ways. For example, the elastic member can be stretched and secured while the diaper 60 is present in an uncontracted state. Alternatively, the diaper 60 can be contracted, for example by pleating, and the elastic member can be secured and connected to the diaper 60 while the elastic member is in its unrelaxed or unstretched state. The elastic member can extend along a portion of the length of the diaper 60. Alternatively, the elastic member may extend the entire length of the diaper 60 or any other length suitable to provide an elastically shrinkable line. The length of the elastic member is defined by the design of the diaper.
[0141]
In use, the diaper 60 places one waistband region under the wearer's back and the diaper 60 between the wearer's legs so that the other waistband region is placed over the front of the wearer. Wear the wearer by pulling the rest. A tape tab 65 or other fastener is then preferably secured to the area facing the outside of the diaper 60. In use, a disposable diaper or other absorbent product that includes the storage absorbent member of the present invention can more efficiently store liquid and remain dry due to the high absorbent capacity and high suction capacity of the absorbent member.
[0142]
When used as an absorbent core in a disposable diaper 60, a preferred embodiment of the core 28 according to the present invention is that the capture strip 52 is in fluid communication with the topsheet 61 to rapidly capture and absorb body exudates from the wearer's body. It is located to serve the distribution to the distribution strip 51. Adhesive bonding of the capture strip 52 to the topsheet 61 may provide interfacial bonding and enhance liquid communication by preventing topsheet separation from interfering with liquid flow. The dispensing material 51 moves the liquid in the x and y dimensions of the core 28 and is subsequently desorbed by a liquid storage element that is a storage absorbent member of the present invention, generally designated as 10. Although elements 52 and 51 are generally enclosed in straight lines and shown as being of equal size, other form and size relationships may be utilized. As shown, the generally rectilinear element has a width 53 that corresponds to an appropriate width for the crotch 66 of the disposable diaper. Similarly, the length of each core member may vary to provide a suitable fit for various wearer sizes.
[0143]
As shown in FIG. 1, the storage member 10 may have two separate storage absorbent members 20 and 30 such that there are no absorbent storage member elements located in the liquid discharge area of the diaper. Such a storage absorbent member 10 has little or no liquid storage material in the center of the core (corresponding to the crotch of the core or the liquid discharge area) (the dispensing material 51 may have a significant storage capacity. However, it should be recognized that it contains liquid until it is desorbed by at least a stronger suction storage material), so that a product containing such a core will have some load on the product when it is dry and on body fluids. It can provide better fit and wearer comfort both after receiving. For example, G. U.S. patent application Ser. No. 08 / 825,072 filed Mar. 27, 1997, by Young et al. US patent application Ser. No. 08 / 825,071, filed Mar. 27, 1997, by LaVon et al. See U.S. Patent Application Serial No. 08 / 826,208, filed March 27, 1997 by Young et al. FIG. 2a shows an exploded view of an absorbent core 28 having two separate elements 20 and 30, each of which comprises a storage absorbent member of the present invention. The front panel 20 generally corresponds to the portion of the disposable diaper worn in front of the wearer. Similarly, the back panel 30 corresponds to a disposable diaper portion worn behind the wearer.
[0144]
Alternatively, the storage absorbent member 10 can be an integral layer of the storage absorbent material of the present invention (i.e., the dotted line 70 in FIG. 1 indicates that the storage absorbent member 10 is included in the liquid discharge area of the product). If). Such an embodiment of the absorbent core 28 is depicted in FIG.
[0145]
In one embodiment, the capture strip 52 is a liquid treatment layer located in the liquid drain region of the product wearer in the form of a high loft nonwoven, but is preferably modified such as, for example, cured and curled cellulosic fibers. It is present in the form of a liquid acquisition layer comprising a layer of cellulose fibers and optionally up to about 10% by weight of this liquid acquisition / distribution layer of polymer gelling agent. In a preferred embodiment, the capture strip 52 is a cured and curled cellulosic fiber (eg, CMC® available from Weyerhauser Co., Washington; also Procter & Gamble Company, Paper Technology Division, Cincinnati, Ohio. High loft chemically bonded polyethylene terephthalate (PET) nonwoven layer (eg, about 42 g / m) overlying a layer of 2 And a PET nonwoven layer is disposed between the cured and curled cellulosic fibers and the topsheet. The modified cellulosic fibers used in the liquid capture layer 52 of such preferred absorbent products are preferably wood pulp fibers that have been cured and curled by chemical and / or thermal treatment. Such modified cellulosic fibers are used in absorbent products as described in US Pat. No. 4,935,622 (Lash et al.) Issued June 19, 1990, incorporated by reference. Of the same type. A preferred embodiment is that the liquid distribution layer 51 is a co-pending T.P. A. US patent application Ser. No. 09 / 042,418 (P & G Case 7051) filed Mar. 13, 1998 by Desmalez, or co-pending G. As described in US patent application Ser. No. 08 / 633,630 filed Apr. 17, 1996 by Seger et al., Which are hereby incorporated by reference. [In a preferred embodiment utilizing a fibrous distribution material as described in co-pending U.S. patent application Ser. No. 08 / 633,630, the distribution material is each a raised or grooved perimeter (these are permanent webs). At least two rollers having a close gap) to undergo general deformation. A similar method has been developed for processing stretch laminate materials and is described by US Pat. No. 5,167,897 (Weber et al.) Regarding stretch materials. In essence, these methods provide mechanical processing of the web. The optional liquid distribution layer is typically located between and in fluid communication with the (upper) liquid treatment (eg, liquid capture material) and the (lower) high suction storage and absorption layer. An absorbent product that can utilize the storage absorbent member of the present invention in the lower liquid storage layer below the upper liquid capture / distribution layer containing cured and curled cellulosic fibers was issued on September 15, 1992. U.S. Pat. No. 5,147,345 (Young et al.).
[0146]
As referred to herein, a “disposable” absorbent product is intended to be discarded after a single use (ie, the original absorbent product as a whole is either washed or It is not intended to be repaired or reused as an absorbent product, however, certain materials or absorbent products can all be recycled, reused or composted). As used herein, the term “diaper” refers to a garment commonly worn by children and incontinent persons who are worn around the lower torso of the wearer. However, the present invention is also applicable to other absorbent products such as incontinence briefs, incontinence pads, training pants, diaper inserts, sanitary pads, sanitary napkins, tampons, bandages, facial tissues, paper towels, etc. Should be understood.
[0147]
VI. Test method
A. Capillary adsorption
the purpose
The purpose of this test is to measure the capillary absorption capacity of the storage absorbent member of the present invention as a function of height. (This test also shows the capillary adsorption capacity as a function of height for high surface area materials, i.e. materials that do not contain osmotic absorbents such as hydrogel-forming absorbent polymers or other optional materials utilized in absorbent members. Nonetheless, the following discussion discusses the capillary adsorption method to measure the entire storage absorbent member, where appropriate, as long as appropriate.) Capillary adsorption is where the liquid is absorbed into the absorbent structure. It is a basic property of any absorbent that governs how it is absorbed. In capillary adsorption experiments, the capillary adsorption capacity is measured as a function of liquid pressure as a function of sample height relative to the test fluid reservoir.
[0148]
Methods for measuring capillary adsorption are well known. Burgeni, AAand Kapur, C., “Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses”, Textile Research Journal, 37 (1967), 356-366; Chatterjee, PK, “Absorbency”, Textile Science and Technology 7, Chapter II, pp 29-84, Elsevier Science Publishers BV, 1985; and a US patent issued to Weisman et al. On September 9, 1986 for discussion of methods for measuring capillary adsorption of absorbent structures. See 4,610,678. The disclosure of each of these references is incorporated herein by reference.
[0149]
principle
A porous glass frit is connected through a continuous column of liquid to a liquid reservoir on the balance. During the experiment, the sample is kept under a constant containment weight. Since the porous structure absorbs liquid on demand, the weight loss in the scaled liquid reservoir is recorded as liquid uptake and adjusted for glass frit uptake as a function of height and evaporation. Take up or measure volume with various capillary aspirations (hydrostatic tension or height). Incremental absorption occurs because of the progressive decrease in frit (ie, the decrease in capillary suction).
[0150]
During the experiment, the time is also monitored so that the initial effective uptake rate (g / g / h) at a height of 200 cm can be calculated.
[0151]
reagent
Test solution: Synthetic urine is prepared by completely dissolving the following materials in distilled water.
[0152]
Compound F. W. Concentration (g / L)
KCl 74.6 2.0
Na 2 SO Four 142 2.0
(NH Four ) H 2 PO Four 115 0.85
(NH4) 2 HPO Four 132 0.15
CaCl 2 ・ 2H 2 O 147 0.25
MgCl 2 ・ 6H 2 O 203 0.5.
[0153]
General description of equipment layout
The capillary adsorption test apparatus used for testing, generally indicated as 220 in FIG. 8A, is operated under TAPPI conditions (50% RH, 25 ° C.). The test sample is placed on a glass frit, shown as 202 in FIG. 8A, connected through a continuous column of test liquid (synthetic urine) to a scaled liquid reservoir, designated 206, containing the test liquid. Is done. This reservoir 206 is placed on a scale 207 connected to a computer (not shown). The scale must be able to read up to 0.001 g. Such a scale is available from Mettler Toledo (Heightstown, NJ) as PR1203. The glass frit 202 is placed on a vertical slide, generally indicated as 201 in FIG. 8A, to allow vertical movement of the test sample to expose the test sample to various suction heights. The vertical slide may be a rodless actuator connected to a computer to record the suction height and corresponding time to measure the amount of liquid uptake by the test sample. A preferred rodless actuator is available from Industrial Devices (Novato, Calif.) As model number 202X4X34N-1D4B-84-PCSE, which is a CompuMotor (Rohnert, Calif.). Can be powered by a motor drive ZETA 6104-83-135 available from the state). When data is measured and data is sent from the actuator 201 and the scale 207, capillary adsorption / absorption capacity data is easily generated for each test sample. Further, since the computer is connected to the actuator 201, the vertical movement of the glass frit 202 can be controlled. For example, the actuator can command the glass frit 202 to move vertically only after reaching “equilibrium” (defined below) at each suction height.
[0154]
The bottom of the glass frit 202 is connected to a Tygon (registered trademark) tube that connects the frit 205 to a drain three-way stopcock 209. The drain stopcock 209 is connected to the liquid reservoir 205 via the glass tube 204 and the stopcock 210. (The stopcock 209 is opened toward the drain only during cleaning of the apparatus or during the removal of bubbles.) The glass tube 211 connects the liquid reservoir 205 and the scaled liquid reservoir 206 via the stopcock 210. . The liquid reservoir with scale 206 is composed of a lightweight 12 cm diameter glass pan 206A and a cover 206B. Cover 206B has a hole through which glass tube 211 contacts the liquid in reservoir 206. The glass tube 211 must not touch the cover 206B, otherwise it will cause an unstable scale reading and test sample measurements will not be available.
[0155]
The glass frit diameter must be sufficient to fit the piston / cylinder apparatus described below to hold the test sample. The glass frit 202 is provided with a jacket so that a constant temperature control from the heating bath can be performed. The frit is a 350 mL frit glass disc funnel defined as having 4 to 5.5 μm pores and is available as # 36060-350F from Corning Glass Co. (Corning, NY). The pores are fine enough to keep the frit surface wet at a defined capillary suction height (the glass frit does not allow air to enter the continuous column of test liquid below the glass frit).
[0156]
As described above, the frit 202 is connected to the liquid reservoir 205 or the liquid reservoir 206 with a scale via a tube according to the position of the three-way stopcock 210.
[0157]
The glass frit 202 is provided with a jacket for receiving water from the thermostatic bath. This will ensure that the glass frit temperature is maintained at a constant temperature of 88 ° F. (31 ° C.) during the test procedure. As shown in FIG. 8A, the glass frit 202 is provided with an inlet port 202A and an outlet port 202B, which form a closed loop with a circulating heating bath, generally designated 208. (A glass jacket is not shown in FIG. 8A. However, the water introduced from the bath 208 to the jacketed glass frit 202 does not contact the test solution, and the test solution circulates through the thermostatic bath.) (The water in the thermostat circulates through the jacket wall of the glass frit 202.)
Reservoir 206 and scale 207 are encased in a box to minimize test solution evaporation from the scaled reservoir and to enhance the stability of the scale during the course of the experiment. This box, generally designated 212, has an upper lid and a wall with a hole through which the tube 211 is inserted.
[0158]
The glass frit 202 is shown in more detail in FIG. 8B. FIG. 8B is a cross-sectional view of the glass frit shown without inlet port 202A and outlet port 202B. As mentioned above, the glass frit is a 350 mL fritted glass circular funnel with defined 4-5.5 μm pores. Referring to FIG. 8B, the glass frit 202 has a cylindrical jacketed funnel shown as 220 and a glass frit disc shown as 260. In addition, the glass frit 202 has a cylinder / piston assembly (comprising a cylinder 266 and piston 268), generally designated as 265, that encloses the test sample, designated as 270, and is small in the test sample. Give confinement pressure. In order to prevent excessive evaporation of the test liquid from the glass frit disc 260, a Teflon ring, designated as 262, is placed on top of the glass frit disc 260. The Teflon ring 262 is 0.0127 cm thick (available as seat stock as # 8569K16 from McMasterCarr and cut to the appropriate size) and the frit outside the cylinder 266 Used to coat the disk surface, thus minimizing evaporation from the glass frit. The outer diameter and inner diameter of the ring are 7.6 and 6.3 cm, respectively. The inner diameter of the Teflon ring 262 is about 2 mm smaller than the outer diameter of the cylinder 266. Viton® O-ring (available as # AS568A-150 and AS568A-151 from McMasterCarr) 264 further enhances the inner wall of the cylindrical jacketed funnel 250 and Teflon (registered) to help prevent evaporation The Teflon ring 262 is placed on top of the Teflon ring 262 to seal the gap between it and the trademark ring 262. If the outer diameter of the O-ring is larger than the inner diameter of the cylindrical jacketed funnel 250, reduce the O-ring diameter to fit the funnel as follows. The O-ring is cut open and the required amount of O-ring material is cut and pasted again so that the O-ring contacts the inner wall of the cylindrical jacketed funnel 250 at its entire circumference.
[0159]
As noted above, the cylinder / piston assembly, generally shown as 265 in FIG. 8B, confines the test sample and provides a small confinement pressure to the test sample 270. Referring to FIG. 8C, assembly 265 includes a cup-shaped Teflon piston indicated by cylinders 266, 268, and one or more weights (not shown) that fit inner piston 268 if necessary. Consists of (The optional weight is used when necessary to adjust the total weight of the piston and optional weight so that a confining pressure of 0.2 psi is achieved, depending on the dry diameter of the test sample. Wax, which is described below.) Cylinder 266 is a Lexan® bar stock and has the following dimensions: 7.0 cm outer diameter, 6.0 cm inner diameter and 6.0 cm height. Teflon piston 268 has the following dimensions: an outer diameter that is 0.02 cm smaller than the inner diameter of cylinder 266. As shown in FIG. 8D, the end of the piston 268 that does not contact the test sample has an optional weight required to achieve a test sample confinement pressure of 0.2 psi (1.4 kpa) (test sample). Is pierced to give a chamber 290 that is 5.0 cm diameter x about 1.8 cm deep. In other words, the total weight of the piston 268 and any optional weight (not shown) divided by the actual diameter of the test sample (when dry) achieves a 0.2 psi containment pressure. Must be like that. Cylinder 266 and piston 268 (and optional weight) are allowed to equilibrate for at least 30 minutes at 31 ° C. before performing capillary adsorption capacity measurements.
[0160]
During capillary adsorption experiments, a perforated film (14 cm × 14 cm) that has not been treated with surfactant or incorporated with surfactant to minimize air destabilization around the sample (Fig. (Not shown) is used to cover the glass frit 202. The holes are large enough to prevent condensation from occurring on the lower surface of the film during the experiment.
[0161]
Test sample preparation
The test sample can be obtained by punching out a 5.4 cm diameter circular structure from the storage absorbent member using an arch punch. If this member is an element of an absorbent product, the other elements of the product must be removed before testing. The member cannot be separated from other elements of the product without significantly changing its structure (eg density, relative placement of element materials, physical properties of the constituent materials, etc.) or the element is not an element of the absorbent product In the situation, the test sample is prepared by combining all the materials that make up the member such that the combination is a sample of the member in question.
[0162]
The dry weight of the test sample (used below to calculate the capillary adsorption capacity) is the weight of the test sample prepared under ambient conditions as described above.
[0163]
Preparation for experiment
1. A clean, dry glass frit 202 is placed on the funnel holder attached to the vertical slide 201. The vertical slide funnel holder is moved so that the glass frit is at a height of 0 cm.
[0164]
2. As described above, the device parts are set up as shown in FIG. 8A.
[0165]
3. Place a scaled liquid reservoir 206 on a scale 207 with a 12 cm diameter. A plastic lid 206B is placed over the scaled liquid reservoir 206, and the balance box 212 is covered with a plastic lid, each of which has a small hole to allow the glass tube 211 to fit through. The glass tube must not be in contact with the scaled liquid reservoir lid 206B, otherwise it will result in an unstable scale reading and the measurements will not be available.
[0166]
4). The stopcock 210 is closed with respect to the tube 204 and opened with respect to the glass tube 211. The liquid reservoir 205 filled with the test liquid in advance is opened, the test liquid is allowed to flow into the tube 211, and the liquid reservoir 206 with a scale is filled.
[0167]
5). The glass frit 202 is leveled and fixed in place. Also ensure that the glass frit is dry.
[0168]
6). A Tygon (registered trademark) tube 203 is attached to the stopcock 209. (The tube must be long enough to reach the glass frit 202 at the highest point of 200 cm without kinking.) Fill this Tygon® tube with test fluid from the liquid reservoir 205.
[0169]
7). After the Tygon (registered trademark) tube 203 is attached to the horizontal glass frit 202, the stopcock 209 and the stopcock 210 leading from the liquid reservoir 205 to the glass frit 202 are opened. (The stopcock 210 must be closed with respect to the glass tube 211.) Fill the glass frit 202 with the test solution and remove all trapped air during the horizontal glass frit filling. Continue filling until the liquid level exceeds the top of the glass frit disc 260. Empty the funnel and remove all air bubbles in the tube and inside the funnel. The bubbles can be removed by inverting the glass frit 202 and raising the bubbles to escape through the drain of the stopcock 209. (Typically, air bubbles collect on the bottom of the glass frit disc 260.) Level the frit again using a level small enough to fit inside the jacketed funnel 250 and on the surface of the glass frit disc 260. To.
[0170]
8). The glass frit is zeroed by the scaled liquid reservoir 206. To do this, take a single Tygon® tube of sufficient length and fill it with the test solution. One end is placed in the scaled liquid reservoir 206 and the other end is used to place the glass frit 202. The level of test fluid indicated by the tube (same as the level of the scaled fluid reservoir) is 10 mm below the top of the glass frit disc 260. If not, adjust the amount of liquid in the reservoir or reset the zero position on the vertical slide 201.
[0171]
9. The outlet port and inlet port from the thermostat 208 are attached to the glass frit inlet port and outlet ports 202A and 202B via tubes, respectively. The temperature of the glass frit disk 260 is set to 31 ° C. This can be measured by partially filling the glass frit with the test liquid and measuring the temperature after it reaches the equilibrium temperature. In order to allow heat dissipation during the transfer of water from the vessel to the glass frit, the vessel would need to be set to a temperature somewhat above 31 ° C.
[0172]
10. Allow the glass frit to equilibrate for 30 minutes.
[0173]
Capillary adsorption parameters
The following describes a computer program that measures how long a glass frit stays at each height.
[0174]
In the capillary adsorption test software program, the test sample is at a certain height from the liquid reservoir. As described above, the liquid reservoir is above the scale so that the computer can read the scale at the end of the known time interval and calculate the flow rate between the test sample and the reservoir (delta reading / time interval). is there. Because of this method, a test sample is considered to be in equilibrium when the flow rate is less than the specified flow rate for a specified number of consecutive time intervals. It is recognized that for certain materials, the actual equilibrium may not be reached when the prescribed “equilibrium constant” is reached. The time interval between readings is 5 seconds.
[0175]
The number of readings in the delta table is defined as “equilibrium sample” in the capillary adsorption menu. The maximum number of deltas is 500. The flow rate constant is defined as “equilibrium constant” in the capillary adsorption menu.
[0176]
The equilibrium constant is input in the range of 0.0001 to 100,000 in units of g / sec.
[0177]
The following is a simplified example of logic. The table shows the scale readings and the calculated delta flow for each time interval.
[0178]
Equilibrium sample = 3
Equilibrium constant =. 0015
[Table 1]
Figure 0004898000
[0179]
[Table 2]
Figure 0004898000
[0180]
[Table 3]
Figure 0004898000
[0181]
The equilibrium uptake for the simplified example above is 0.318 g.
Below is the C language code used to determine the equilibrium uptake.
[0182]
[Table 4]
Figure 0004898000
[0183]
Capillary adsorption parameters
Load description (confinement pressure): 0.2 psi load
Equilibrium sample (n): 50
Equilibrium constant: 0.0005 g / sec
Setup height value: 100cm
Final height value: 0cm
Hydrostatic head parameters: 200, 180, 160, 140, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 and 0 cm
For the measurement of the capillary adsorption capacity, the capillary adsorption test procedure is carried out using all the heights defined above in the order described above. Even if it is desirable to measure capillary adsorption capacity at a particular height (eg 35 cm), the entire series of hydrostatic head parameters must be completed in a prescribed order. Although all of these heights are used in the performance of a capillary adsorption test to generate a capillary adsorption isotherm for a test sample, the present disclosure discloses specific heights of 200, 140, 100, 50, 35 and 0 cm. The storage absorbent member will be described on the basis of their absorption characteristics.
[0184]
Capillary adsorption test procedure
1) Follow the experimental preparation procedure.
[0185]
2) Check that the thermostat 208 is on, water is circulating through the glass frit 202, and the temperature of the glass frit disc 260 is 31 ° C.
[0186]
3) Place the glass frit 202 at a suction height of 200 cm. Stopcocks 209 and 210 are opened to connect glass frit 202 to scaled liquid reservoir 206 (stopcock 210 closes against liquid reservoir 205). Glass frit 202 is allowed to equilibrate for 30 minutes.
[0187]
4) Input the above capillary adsorption parameters into the computer.
[0188]
5) Close stopcocks 209 and 210.
[0189]
6) Move the glass frit 202 to a setup height of 100 cm.
[0190]
7) Place the Teflon ring 262 on the surface of the glass frit disk 260. Place the O-ring 264 on the Teflon ring. A preheated cylinder 266 is placed concentrically on the Teflon ring. A test sample 270 is placed concentrically on a cylinder 266 on a glass frit disk 260. The piston 268 is placed in the cylinder 266. If necessary, an additional containment weight is placed in the piston chamber 290.
[0191]
8) Cover glass frit 202 with perforated film.
[0192]
9) Confirm that the scale reading at this point is zero or the dead weight reading.
[0193]
10) Move the glass frit 202 to 200 cm.
[0194]
11) Open stopcocks 209 and 210 (stopcock 210 is closed to liquid reservoir 205) and begin reading scale and time.
[0195]
Glass frit correction (Blank correction loading)
Since the glass frit disk 260 is a porous structure, it must be subtracted to measure the capillary adsorption / absorption uptake (blank corrected uptake) of the glass frit (202) and to obtain the capillary adsorption / absorption uptake of the true test sample. I must. Glass frit correction is performed for each new glass frit used. A capillary adsorption test procedure is performed as described above except that no test sample is used to obtain a blank uptake (g). The elapsed time at each specified height is equal to the blank time (s).
[0196]
Evaporation loss correction
1) Move glass frit 202 2 cm above zero and open stopcocks 209 and 210 (closed to reservoir 205) and allow it to equilibrate at this height for 30 minutes.
[0197]
2) Close stopcocks 209 and 210.
[0198]
3) Place a Teflon ring 262 on the surface of the glass frit disk 260. Place the O-ring 264 on the Teflon ring. A preheated cylinder 266 is placed concentrically on the Teflon ring. The piston 268 is placed in the cylinder 266. A perforated film is placed on the glass frit 202.
[0199]
4) Open stopcocks 209 and 210 (closed to reservoir 205) and record scale reading and time over 3.5 hours. The sample evaporation (g / hr) is calculated as follows.
[0200]
[Scale reading in 1 hour-Scale reading in 3.5 hours] /2.5 hours
Even after taking all of the above precautions, some evaporation loss, typically about 0.10 g / hr evaporation loss will occur for both the test sample and frit correction. Ideally, sample evaporation is measured for each newly installed glass frit 202.
[0201]
Cleaning the equipment
When the glass frit 202 is newly installed, a new Tygon (registered trademark) tube 203 is used. Glass tubes 204 and 211, liquid reserve 205, and scaled liquid reservoir 206 are rinsed with distilled water after washing with 50% Clorox Bleach® / distilled water if bacterial contamination is visible Wash.
[0202]
a. Cleaning after each experiment
At the end of each experiment (after removing the test sample), the glass frit is flushed forward (ie, the test liquid is introduced into the bottom of the glass frit) with 250 mL of test liquid from the liquid reservoir 205 to obtain a glass frit disk. Remove the residual test sample from the holes. Stopcocks 209 and 210 are opened to the liquid reservoir 205, closed to the scaled liquid reservoir 206, the glass frit is removed from its support, turned upside down and first rinsed with the test solution, then acetone. And rinse with test solution. During rinsing, the glass frit must be tilted upside down and the rinsing liquid is jetted onto the test sample contact surface of the glass frit disk. After rinsing, the glass frit is flushed twice with 250 mL synthetic urine. Finally, reattach the glass frit to the support and level the frit surface.
[0203]
b. Glass frit performance monitor
The performance of the glass frit must be monitored with a glass frit setup at the 0 cm position after each cleaning procedure and each time a new glass frit is installed. Pour 50 mL of test fluid onto a leveled glass frit disk surface (without Teflon ring, O-ring and cylinder / piston parts). Record the time required for the test solution level to drop 5 mm above the glass frit disk surface. If this time exceeds 4.5 minutes, periodic cleaning must be performed.
[0204]
c. Regular cleaning
Periodically (see frit performance monitor above) clean glass frit thoroughly to prevent clogging. The rinse is distilled water, acetone, 50% Clorox Bleach® / distilled water (to remove bacterial growth) and test solution. Cleaning includes removing the glass frit from the support and removing all tubes. Turn the frit upside down and with the appropriate liquid and amount, forward flush the glass frit in the following order (ie, introduce the test solution to the bottom of the glass frit).
[0205]
1. 250 mL distilled water
2. 100 mL of acetone
3. 250 mL distilled water
4. 100 mL of 50:50 Clorox® / distilled aqueous solution
5. 250 mL distilled water
6. 250 mL test solution
If the performance of the glass frit is within the flow rate setting criteria (see above) and no residue can be observed on the glass frit disc surface, the cleaning procedure is satisfactory. If cleaning is not successful, the frit must be changed.
[0206]
Calculation
The computer is set up to give a report consisting of capillary suction height (cm), time, and uptake (grams) at each specified height. From this data, the capillary suction absorption capacity corrected for both frit uptake and evaporation loss can be calculated. Moreover, based on the capillary suction absorption capacity at 0 cm, the capillary absorption efficiency at the specified height can be calculated. In addition, the initial effective uptake rate at 200 cm is calculated.
[0207]
Blank correction capture amount
Blank correction uptake amount (g) = Blank uptake amount (g) −Blank time * Sample evaporation amount (g / hr) / 3600 (s / hr)
Capillary suction adsorption capacity (“CSAC”):
CSAC (g / g) = {sample uptake (g) − (sample time * sample evaporation (g / hr) / 3600 (s / hr)) − blank corrected uptake (g)} / dry weight of sample ( g)
Initial effective uptake rate at 200cm ("IEUR")
IEUR (g / g / hr) = Sample time (s) at CSAC (g / g) / 200 cm at 200 cm.
[0208]
Report
In order to calculate the capillary absorption capacity for a given absorbent member or a given large surface area material, a minimum of two measurements must be taken for each sample and the uptake must be averaged at each height.
[0209]
B. Vertical hanging suction height (VHSH)
A vertical suspended adsorption height (“VHSH”) test is achieved by selecting a strip of foam of a suitable length (typically at least 60 cm) and typically a width of about 1 cm. Using a clip to suspend the strip, suspend the strip in a chamber temperature controlled at 31 ° C. The bottom of the strip is immersed in the 31 ° C. test solution. The test solution is preferably synthetic urine as described in US Pat. No. 5,599,335 (Goldman et al.), Issued February 4, 1997, the disclosure of which is incorporated herein by reference. . Over time, the test solution will suck up the strip and reach an equilibrium point where no further suction will occur. In order to facilitate the determination of the equilibrium point, the test solution may be dried. For example, care must be taken to prevent evaporation from the sample by placing the sample in a glass tube (glass does not contact the sample) and keeping the sample tube properly capped. The time required to reach equilibrium for the materials of the present invention can vary and ranges from about 24 hours to 96 hours or more. Equilibrium is considered achieved if there is no discernable change in the level of wicking liquid over an hour.
[0210]
Remove the test strip from the test chamber, taking care to avoid squeezing out the liquid retained therein. A plurality of sections 2.5 cm in length are cut from the strip and each section is weighed. For convenience, an initial section that is about 50% or less of the fully expanded height may be cut into 2 inch (5.1 cm) long sections. These weights are divided by the oven dry weight of the foam to calculate the capacity (g / g) of the foam at various multivalent s. By graphing a capacity chart with respect to the height at which a section is collected, a graph as shown in FIG. 5 can be developed. The VHSH height at X% is the height (cm) when 0% capacity (or FAC) X% is retained in the foam. An important representative value is VHSH at 90%. In principle, X can be any value. The most reproducible measurement for VHSH is achieved at X = 90% within the inventors' experience. It will be apparent to those skilled in the art that the numerical value at this point does not adequately represent the shape of the curve obtained by plotting capacity against height. However, this one point serves as a practical comparison point for the foams of the present invention.
[0211]
【Example】
VII. Representative example
Example 1
Storage / absorbing member containing ultrafine glass fiber
In this example, a high gel containing hydrogel-forming absorbent polymer and high surface area glass ultrafine fibers formed using a wet end molding process for higher density and structural organization than conventional air deposition processes. The capillary suction absorbing member will be described. The following procedure is followed to construct a member containing a hydrogel-forming absorbent polymer such that the distribution of the absorbent polymer in the glass microfiber matrix is close to homogeneous.
[0212]
4.0 g of ASAP 2300 (available from Chemdal LTD, a subsidiary of American Colloid Co. of Arlington Heights, Ill .; and The Procter & Gambling, Inc. Also available from the Paper Technology Division of Gamble CO.) And 4.0 g of glass microfiber (from “Q-FIBERS,” code from Manville Sales Corp., Denver, Colorado) Degrading the structure or composition of about 500 mL of 3A alcohol (95% ethanol, 5% methanol), or isopropanol or similar liquid (contained polymers) And is not absorbed into it), and the explosion-proof capacity of 3 gallons Grade of Warner (Warner) is bound in a blender. Of the included hydrogel Structure Or composition If the liquid is not absorbed by Such a liquid include Hydrogel-forming absorbent polymer 1 gram About 5 grams per liquid (about 5g / g by weight) Less than a small range so Structure Or it is only absorbed into the composition. Stir the mixture at low speed for about 5 minutes. The mixture is equipped with an 80 mesh nylon forming wire (available from Appleton Manufacturing Division of Productive Solutions, Inc., Nina, Wyoming) at the bottom of the upper portion of the paper box. It is poured into a 6 inch x 6 inch "Paper Formation Box". The liquid level is about 8 inches above the screen with the addition of 3A alcohol or a suitable solution. Prior to draining the liquid, thoroughly mix the solution at the top of the paper box using a paddle. The valve is opened below the forming wire to quickly drain the liquid and ensure uniform deposition on the forming wire. The screen is removed from the “paper box” and pulled across the vacuum source to remove loosely held liquid and desiccant (eg, DRIERITE, Sigme Chem. Co., 63178, St. Louis, MO). Air-dry overnight in a desiccator containing to ensure uniform moisture content. Once dried, the absorbent member is removed from the molding screen.
[0213]
An 5.4 cm cylindrical structure is arch punched from this member for measurement of capillary adsorption capacity. The capillary adsorption isotherm of this storage absorbent member is illustrated graphically in FIG.
[0214]
Example 2
Preparation of high surface area foam from HIPE
A) Preparation of HIPE
Anhydrous calcium chloride (36.32 kg) and potassium persulfate (189 g) are dissolved in 378 liters of water. This provides an aqueous phase stream that is used in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0215]
A diglycerol monooleate emulsifier is added to a monomer mixture comprising distilled divinylbenzene (42.4% divinylbenzene and 57.6% ethylstyrene) (2640 g), 2-ethylhexyl acrylate (4400 g), and hexanediol diacrylate (960 g). (480 g), ditallow dimethyl ammonium methyl sulfate (80 g), and Tinuvin 765 (20 g) are added. Diglycerol monooleate emulsifier (Grindsted Products; Brabrand, Denmark) is about 81% diglycerol monooleate, 1% other diglycerol monoesters, 3% polyol And 15% of other polyglycerol esters, giving a minimum oil / water interfacial tension value of about 2.7 dyne / cm and having an oil / water critical coagulation concentration of about 2.8% by weight. After mixing, the material mixture is allowed to stand overnight. No visible residue is formed and the entire mixture is removed and used as the oil phase in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0216]
Separate streams of oil phase (25 ° C) and aqueous phase (53-55 ° C) are fed to the dynamic mixing device. Complete mixing of the combined flows in the dynamic mixing device is achieved by a pin impeller. The pin impeller has a cylindrical shaft about 36.5 cm long and about 2.9 cm in diameter. The shaft holds 6 rows of pins, 3 rows have 33 pins and 3 rows have 34 pins, each 3 pins of each level being arranged at an angle of 120 ° to each other, The next lower level is positioned at 60 ° to the adjacent level, with each level separated by 0.03 mm, and each pin has a diameter of 0.5 cm and a length of 2.3 cm from the central axis of the shaft. Now it ’s going out. The pin impeller is attached to a cylindrical sleeve forming a dynamic mixing device, and the pin has a spacing of 1.5 mm from the wall of the cylindrical sleeve.
[0217]
As shown in the figure in copending US patent application Ser. No. 08 / 716,510 filed by DesMarais on Sep. 17, 1996, the disclosure of which is incorporated herein by reference. A small portion of the effluent coming out of the dynamic mixing device is collected and flows into the recirculation zone. The Waukesha pump in the recirculation zone returns this small portion to the oil and water phase flow entry points to the dynamic mixing zone.
[0218]
The static mixer (TAH Industries model 100-812) has 12 elements with an outer diameter of 1 inch (2.5 cm). A hose is attached downstream from the static mixer to facilitate the feeding of the emulsion to the equipment used for curing. Optionally, use an additional static mixer to provide additional back pressure so that the hose continues to fill. The optional static mixer may be a 1 inch (2.5 cm) pipe, 12 element mixer (McMaster-Carr, Aurora, Ohio, model 3529K53).
[0219]
A combined mixed recirculator mechanism is filled with an oil phase and an aqueous phase at a ratio of 4 parts water to 1 part oil. The dynamic mixing device is evacuated to allow air to escape while the device is completely filled. The flow rate during filling is 7.57 g / sec for the oil phase and 30.3 cc / sec for the water phase.
[0220]
When the device mechanism is filled, the impeller is rotated at 1750 RPM and stirring is started with a dynamic mixer, and recirculation is started at a speed of about 30 cc / sec. Thereafter, the flow rate of the aqueous phase is gradually increased to 151.3 cc / sec over about 1 minute, and the flow rate of the oil phase is decreased to 3.03 g / sec over about 3 minutes. The recirculation rate is gradually increased to about 150 cc / sec during the latter time. The back pressure created by the dynamic zone and static mixer at this point is about 19.9 PSI (137 kPa), which represents the total pressure drop of the system. Thereafter, the speed of the Waukesha pump (model 30) is gradually reduced to produce a recirculation rate of about 75 cc / sec.
[0221]
B) Polymerization of HIPE
The flow of HIPE from the static mixer at this point was 40 inches (102 cm) in diameter and 12.5 inches in height (31. 8 cm) round polyethylene tabs. A pipe-shaped polyethylene insert with a diameter of 12.5 inches (31.8 cm) at the bottom is firmly fixed to the center of the bottom surface and has a height of 12.5 inches (31.8 cm). The HIPE-containing tub is maintained for 18 hours in a room maintained at 65 ° C. and polymerizes to form a foam.
[0222]
C) Foam cleaning and moisture removal
The cured HIPE foam is removed from the curing tab. The foam at this point has a residual aqueous phase (including dissolved emulsifier, electrolyte, initiator residue and initiator) of about 48 to 52 times (48 to 52 ×) the weight of polymerized monomer. The foam is sliced into 0.185 inch (4.7 mm) thick sheets by a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then compressed to about 6 times the weight of the polymerized material (6 ×) by a series of two porous nip rolls equipped with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam. . At this point, the sheet is further 1.5% CaCl at 60 ° C. 2 It is re-saturated with the solution and squeezed to a water phase content of about 4 times by a series of three porous nip rolls equipped with vacuum. Foam CaCl 2 The content is 8-10%.
[0223]
The foam remains compressed to a thickness of about 0.021 inches (0.053 cm) after the final nip. The foam is then air dried for about 16 hours. Such drying reduces the water content to about 9-17%, based on the weight of the polymeric material. At this point, the foam sheet is extremely draped and is “thin-after-drying”.
[0224]
Example 3
Preparation of high surface area foam from HIPE
A) Preparation of HIPE
The aqueous and oil phase streams used in the continuous process to form the HIPE emulsion are prepared according to Example 1. Separate streams of oil phase (25 ° C.) and aqueous phase (53-55 ° C.) are fed to the dynamic mixing apparatus detailed in Example 1.
[0225]
Once the device mechanism is filled, the impeller is rotated at 1700 RPM to start stirring with the dynamic mixer and recirculation is started at a rate of about 30 cc / sec. Thereafter, the flow rate of the aqueous phase is gradually increased to 151.3 cc / sec over about 1 minute, and the flow rate of the oil phase is decreased to 3.36 g / sec over about 3 minutes. The recirculation rate is gradually increased to about 150 cc / sec during the latter time. The back pressure created by the dynamic zone and static mixer at this point is about 19.7 PSI (136 kPa), which represents the total pressure drop of the system. Thereafter, the speed of the Waukesha pump is gradually reduced, resulting in a recirculation rate of about 75 cc / sec.
[0226]
B) Polymerization of HIPE
At this point, the HIPE flowing from the static mixer is collected and cured into a polymer foam as detailed in Example 1.
[0227]
C) Foam cleaning and moisture removal
The cured HIPE foam is removed from the curing tab. The foam at this point has a residual aqueous phase (including dissolved emulsifier, electrolyte, initiator residue and initiator) of about 43 to 47 times (43 to 47 ×) the weight of polymerized monomer. The foam is sliced into 0.185 inch (4.7 mm) thick sheets by a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then compressed to about 6 times the weight of the polymerized material (6 ×) by a series of two porous nip rolls equipped with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam. . At this point, the sheet is further 1.5% CaCl at 60 ° C. 2 It is re-saturated with the solution and squeezed to a water phase content of about 4 times by a series of three porous nip rolls equipped with vacuum. Foam CaCl 2 The content is 8-10%.
[0228]
The foam remains compressed to a thickness of about 0.028 inches (0.071 cm) after the final nip. The foam is then air dried for about 16 hours. Such drying reduces the water content to about 9-17%, based on the weight of the polymeric material. At this point, the foam sheet can be very draped and is “thin-after-drying”.
[0229]
Example 4
Preparation of high surface area foam from HIPE
A) Preparation of HIPE
The aqueous and oil phase streams used in the continuous process to form the HIPE emulsion are prepared according to Example 1. Separate streams of oil phase (25 ° C.) and aqueous phase (53-55 ° C.) are fed to the dynamic mixing apparatus detailed in Example 1.
[0230]
Once the device mechanism is filled, the impeller is rotated at 1750 RPM to start stirring with the dynamic mixer and recirculation is started at a rate of about 30 cc / sec. Thereafter, the flow rate of the aqueous phase is gradually increased to 151.3 cc / sec over about 1 minute, and the flow rate of the oil phase is further decreased to 3.78 g / sec over about 3 minutes. The recirculation rate is gradually increased to about 150 cc / sec during the latter time. At this point, the back pressure created by the dynamic zone and static mixer is about 18.7 PSI (129 kPa), which represents the total pressure drop of the system. Thereafter, the speed of the Waukesha pump is gradually reduced, resulting in a recirculation rate of about 75 cc / sec.
[0231]
B) Polymerization of HIPE
At this point, the HIPE flowing from the static mixer is collected and cured into a polymer foam as detailed in Example 1.
[0232]
C) Foam cleaning and moisture removal
The cured HIPE foam is removed from the curing tab. The foam at this point has a residual aqueous phase (including dissolved emulsifier, electrolyte, initiator residue and initiator) that is approximately 38-42 times (38-42 ×) the weight of polymerized monomer. The foam is sliced into 0.185 inch (4.7 mm) thick sheets by a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then compressed to about 6 times the weight of the polymerized material (6 ×) by a series of two porous nip rolls equipped with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam. . At this point, the sheet is further 1.5% CaCl at 60 ° C. 2 The solution is re-saturated and squeezed by a series of three porous nip rolls equipped with vacuum to an aqueous phase content of about 4 times. Foam CaCl 2 The content is 8-10%.
[0233]
The foam remains compressed to a thickness of about 0.028 inches (0.071 cm) after the final nip. The foam is then air dried for about 16 hours. Such drying reduces the water content to about 9-17%, based on the weight of the polymeric material. At this point, the foam sheet can be very draped and is “thin-after-drying”.
[0234]
Example 5
Storage absorbent member comprising a high surface area polymer foam material
This example describes a high capillary suction absorbent member comprising a hydrogel-forming absorbent polymer and a high suction polymer foam prepared according to Example 3. In order to construct a member containing a hydrogel-forming absorbent polymer in which the distribution of absorbent polymer and polymer foam is relatively close to homogeneity, the following procedure is followed.
[0235]
10 g of air-dried polymer foam (prepared according to Example 3 above) was added to a blender (Osterizer model 848-36L with a 1.25 liter jar containing 1 liter of 2% calcium chloride solution. ). After ensuring that all of the foam material is immersed, the blender is agitated for 10 seconds at “liquefaction” (high setting) and then further agitated for 5 seconds at the “Grate” setting. The resulting slurry is then transferred to a Buchner funnel (Coors USA model 60283) lined with paper towels. About 500 mL of liquid is drained free from the sample. The sample is then covered with a rubber membrane and subjected to vacuum (about 500 mmHg) to remove water from the sample to a weight of 50-60 g.
[0236]
The sample is returned to the dry blender jar and dispersed by agitation set to “liquefaction” while the jar and base are inverted several times to bring the sample into nearly independent particles and reversed upright. The dispersed samples are then allowed to air dry under ambient conditions before foam particles are available from a hydrogel-forming absorbent polymer (ASAP 2300, Chemdal Corporation, Parantine, Ill .; also the Cincinnati, Ohio • Combined with the Procter & Gamble CO. Paper Technology Division) and from a homogeneous mixture of 50% hydrogel-forming polymer by weight and 50% high surface area polymer foam by weight A storage absorbent member is provided.
[0237]
The capillary adsorption isotherm of this storage absorbent member is illustrated graphically in FIG.
[0238]
Example 6 Storage Absorbing Member Containing Large Surface Area Fibrets
In this example, a highly capillary suction absorbent member comprising a hydrogel-forming absorbent polymer and a large surface area fibrets is described. High surface area fibrets available from Hoechst Celanese Cop. (Charlotte, NC) as cellulose acetate fibrets® were converted to hydrogel-forming absorbent polymers (ASAP 2300, Chemdal Corporation, Parantine, Ill.). In combination with the paper technology division of The Procter & Gamble CO., Cincinnati, Ohio) and 50% by weight hydrogel-forming polymer and A storage absorbent member consisting of a homogeneous mixture of 50% fibrets by weight is provided.
[0239]
The capillary adsorption isotherm of this storage absorbent member is illustrated graphically in FIG.
[0240]
Example 7
Storage absorbent member comprising a high surface area polymer foam material
This example describes a high capillary suction absorbent member comprising a hydrogel-forming absorbent polymer and a high suction polymer foam prepared according to Example 3. In order to construct a member containing a hydrogel-forming absorbent polymer in which the distribution of absorbent polymer and polymer foam is relatively close to homogeneity, the following procedure is followed.
[0241]
10 g of air-dried polymer foam (prepared according to Example 3 above) was added to a blender (Osterizer model 848-36L with a 1.25 liter jar containing 1 liter of 2% calcium chloride solution. ). After ensuring that all of the foam material is immersed, the blender is agitated for 10 seconds at “liquefaction” (high setting) and then further agitated for 5 seconds at the “Grate” setting. The resulting slurry is then transferred to a Buchner funnel (Coors USA model 60283) lined with paper towels. About 500 mL of liquid is drained free from the sample. The sample is then covered with a rubber membrane and subjected to vacuum (about 500 mmHg) to remove water from the sample to a weight of 50-60 g.
[0242]
The sample is returned to the dry blender jar and dispersed by agitation set to “liquefaction” while the jar and base are inverted several times to bring the sample into nearly independent particles and reversed upright. The dispersed sample is then allowed to air dry under ambient conditions before the foam particles are combined with a mixed bed ion exchange hydrogel-forming absorbent polymer (described below) and 60% by weight of the hydrogel-forming polymer and A storage absorbent member consisting of a homogeneous mixture of 40% by weight high surface area polymer foam is provided.
[0243]
A) Preparation of mixed bed ion exchange absorbent polymer
(I) Preparation of Cation Exchange Absorbing Polymer-Crosslinked Polyacrylic Acid
Homogeneous crosslinked polyacrylic acid is synthesized by placing 450 grams of acrylic acid monomer (Aldrich Chemical Company, catalog number 14,723-0, lot number 15930CS) into a clean 4000 mL resin kettle. 7.2 grams of N, N′-methylenebisacrylamide (Aldrich Chemical Company, catalog number 14,607-2, lot number 04511DR) and 0.85 grams of 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydro Chloride (Wako, Lot No. P2197) is dissolved in 2050 grams of water and added to the acrylic acid monomer in the resin kettle. The solution is sparged with nitrogen for 15 minutes to remove dissolved oxygen. The resin kettle is then sealed and the solution is heated at 40 ° C. for 16 hours.
[0244]
The resulting gel is allowed to cool and then crushed into pieces of about 1 cm diameter and dried in a vacuum oven at 55 ° C. for 60 hours. Using a Willy mill, the sample is pulverized and sieved through a USA 20 mesh sieve to obtain a uniformly crosslinked polyacrylic acid.
[0245]
(Ii) Preparation of anion exchange absorbent polymer-crosslinked polyallylamine
Polyallylamine, 1250 grams of 20% solution (Nittobo, Tokyo, Japan, lot number 80728) is weighed into a 2000 mL glass jar. Ethylene glycol ether, 19 grams of a 50% solution (Aldrich Chemical Company, catalog number E2,720-3) is diluted with 20 grams of distilled water and added to the polyallylamine solution. The mixture is stirred for about 2 minutes at room temperature prior to being placed in an evacuated oven at about 60 ° C. overnight.
[0246]
The resulting gel is crushed into pieces having a diameter of about 5 mm and dried in a high vacuum for about 96 hours to obtain a lightly cross-linked polyallylamine anion exchange absorbent polymer, which is stored in a dry atmosphere.
[0247]
(Iii) Mixed bed ion exchange absorbent polymer
The anion exchange absorbent polymer of cross-linked polyallylamine is ground and screened. Collect the particle size portion that passes through the USA series standard 25 mesh screen but does not pass through the USA series standard 70 mesh screen (ie, the portion containing particles in the range of about 200-700 micron diameter).
[0248]
About 125 grams of screened cross-linked polyacrylic acid (200-700 micron diameter) cation exchange absorbent polymer and about 125 grams of screened cross-linked polyallylamine anion exchange absorbable polymer are mixed together and mixed for each type of polymer. The particles were distributed uniformly throughout the mixture. This mixture constitutes the mixed bed ion exchange absorbent polymer composition used in the storage absorbent member of this example. Further information regarding such compositions can be found in US Patent Application No. (filed Mar. 1, 1999, Hird et al.) (P & G Case 7432—named “absorbing polymer composition with high adsorption capacity under pressure”). Which is already incorporated herein by reference.
[0249]
The capillary adsorption isotherm of this storage absorbent member is illustrated graphically in FIG.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded view showing a diaper having an absorbent core including a storage absorption member having a high capillary suction capacity according to the present invention.
2a is an exploded view of a representative multi-layer core included in a diaper as shown in FIG.
2b is an exploded view showing another typical multilayer core included in the diaper as shown in FIG.
FIG. 3 is a photomicrograph (500 × magnification) of a representative high surface area polymer foam useful for the storage absorbent member of the present invention.
FIG. 4 is a photomicrograph of the large surface area polymer foam shown in FIG.
FIG. 5 is a photomicrograph of a storage absorbent member of the present invention comprising a particulate hydrogel-forming absorbent polymer and a particulate polymer absorbent foam.
FIG. 6 is a photomicrograph of a storage absorbent member of the present invention comprising a particulate hydrogel-forming absorbent polymer and high surface area cellulose acetate fibers.
FIG. 7 is a photomicrograph of a storage absorbent member of the present invention comprising particulate hydrogel-forming absorbent polymer and high surface area glass ultrafine fibers.
FIG. 8A is a diagram showing the configuration of an apparatus for measuring the capillary absorption capacity of an absorbing member.
FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view showing the glass frit generally shown in FIG. 8A.
8C is an enlarged cross-sectional view of the glass frit cylinder / piston assembly shown in FIG. 8B.
8D is an enlarged cross-sectional view showing the appearance of the piston of the cylinder / piston assembly shown in FIG. 8C.
FIG. 9 shows capillary adsorption isotherms for various storage and absorption members of the present invention and a conventional member (shown as Comparative Example A) containing cellulosic fibers (fluff) and a hydrogel-forming absorbent polymer.
FIG. 10 is a block diagram of an apparatus for forming a representative storage absorbent member of the present invention, which member comprises a particulate polymer foam and a particulate hydrogel-forming absorbent polymer.
FIG. 11 is a block diagram of another apparatus for forming a typical storage absorbent member of the present invention.
12 is a perspective view of a storage absorbent member manufactured using the apparatus shown in FIG.
13 is an enlarged perspective view showing a part of FIG.

Claims (5)

(i)別個のハイドロゲル形成吸収性ポリマーの粒子と、(ii)別個の親水性繊維とを含有する高い毛管吸引性の貯蔵吸収部材であって、前記繊維は、ガラス超極細繊維、フィブリル化セルロースアセテート繊維、およびこれらの混合物からなる群より選択され、前記貯蔵吸収部材は、部材の全重量を単位として、少なくとも25%の繊維を含有し、
前記貯蔵吸収部材は、以下の1または2以上:
a)少なくともg/gの、35cm高さでの毛管吸着吸収容量;
b)少なくともg/gの、50cm高さでの毛管吸着吸収容量;または
c)少なくともg/gの、100cm高さでの毛管吸着吸収容量
を有してなり、
前記貯蔵吸収部材が、
a)ハイドロゲル形成吸収性ポリマーを用意する工程と、
b)ガラス超極細繊維、フィブリル化セルロースアセテート繊維、およびこれらの混合物からなる群より選択される繊維を用意する工程と、
c)液体中のハイドロゲル形成吸収性ポリマーおよび繊維からなる懸濁液を形成する工程であって、前記液体が前記ハイドロゲル形成吸収性ポリマーによって5g/g未満吸収される、工程と、
d)懸濁液中のハイドロゲル形成吸収性ポリマーおよび繊維を結合させる工程と、
e)懸濁液から液体を除去し、それによってハイドロゲル形成吸収性ポリマーおよび繊維を含む、均一な水分含有量の乾燥構造体を形成する工程と
を含む方法により形成されることを特徴とする、貯蔵吸収部材。
A high capillary suction storage absorbent member comprising (i) separate hydrogel-forming absorbent polymer particles and (ii) separate hydrophilic fibers, wherein the fibers are glass ultrafine fibers, fibrillated Selected from the group consisting of cellulose acetate fibers, and mixtures thereof, wherein the storage absorbent member contains at least 25% fiber, based on the total weight of the member,
The storage absorbent member is one or more of the following:
a) Capillary adsorption / absorption capacity at 35 cm height of at least 8 g / g;
b) Capillary adsorption / absorption capacity at 50 cm height of at least 7 g / g; or c) Capillary adsorption / absorption capacity at 100 cm height of at least 4 g / g ;
Have a will, the
The storage absorbent member is
a) preparing a hydrogel-forming absorbent polymer;
b) preparing a fiber selected from the group consisting of glass ultrafine fibers, fibrillated cellulose acetate fibers, and mixtures thereof;
c) forming a suspension consisting of a hydrogel-forming absorbent polymer and fibers in a liquid, wherein the liquid is absorbed by the hydrogel-forming absorbent polymer below 5 g / g;
d) binding the hydrogel-forming absorbent polymer and fibers in the suspension;
e) removing the liquid from the suspension, thereby forming a dry structure of uniform moisture content comprising the hydrogel-forming absorbent polymer and fibers;
A storage absorbent member , characterized by being formed by a method comprising:
前記部材は、部材の全重量を単位として、少なくとも30%の繊維を含有することを特徴とする請求項1に記載の貯蔵吸収部材。  The storage / absorbing member according to claim 1, wherein the member contains at least 30% of fiber based on the total weight of the member. 前記貯蔵吸収部材は、少なくとも4g/gの、100cm高さでの毛管吸着吸収容量を有することを特徴とする請求項1に記載の貯蔵吸収部材。  The storage and absorption member according to claim 1, wherein the storage and absorption member has a capillary adsorption and absorption capacity at a height of 100 cm of at least 4 g / g. 前記部材は、少なくとも15g/gの、0cm高さでの毛管吸着吸収容量を有し、かつ以下の1または2以上:
a)少なくとも30%の、50cm高さでの毛管吸収効率;
b)少なくとも50%の、35cm高さでの毛管吸収効率
を有することを特徴とする請求項1に記載の貯蔵吸収部材。
The member has a capillary absorption capacity at 0 cm height of at least 15 g / g and one or more of the following:
a) Capillary absorption efficiency at 50 cm height of at least 30%;
2. The storage absorbent member according to claim 1, having a capillary absorption efficiency at a height of 35 cm, at least 50%.
請求項1ないし4のいずれかに記載の貯蔵吸収部材を有することを特徴とする吸収製品。  An absorbent product comprising the storage / absorbing member according to claim 1.
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